在.Net 透過 Parallel 類別操控多任務平行作業（一）【軟體開發、軟體設計、系統開發、客製化軟體】

   此篇文章主要是延續之前的文章 【C#多工作業與平行處理技術講解】，講解與實作如何在利用強大的 透過 Parallel 類別支援的方法，撰寫非同步任務，這裡一樣我會透過簡單程式碼進行實作教學。


   在並行任務與建立一個新的執行緒過程來執行一個非同步作業的操作是非常相似地，但是在這邊的並行任務卻是可以更好地發揮多個CPU處理器或者多核心處理器的強大優勢，進而充分地利用CPU的可用資源來執行非同步作業任務，更方便地是，在 .Net 並行任務的操作過程被封裝地很好，身為程式開發人員只需要調用呼叫對應的類別與相關成員方法就可以很輕鬆地建立與執行並行任務了，至於任務是在那個CPU處理器執行，操作系統的底層會自動進行調用配置。


    在這邊我使用一個 WPF 的專案範例進行講解，來說明如何利用 .Net 的 Parallel 類別執行非同步作業。


步驟一 ：
在 Visual Studio 2017 建立一個 WPF 專案，




步驟二：
在 主要的 MainWindow.xaml 畫面，用xaml 語法宣告了一下界面結果





主要是有 提供 3 個讓使用者輸入整數值的 TextBox , 以及對應 3 個顯示執行結果的 TextBlock ，還有一個 Button (執行 Parallel 運算平行任務)的按鈕。


部分xaml 語法如下：



步驟三：
在 Button 的 Clieck 事件，進行撰寫主要的核心程式碼邏輯….
(Code)
private void OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    int num1 = default(int);
    if (!int.TryParse(txtInput1.Text, out num1))
    {
        MessageBox.Show("輸入第一個正整數值：");
        return;
    }
    int num2 = default(int);
    if (!int.TryParse(txtInput2.Text, out num2))
    {
        MessageBox.Show("輸入第二個正整數值：");
        return;
    }
    int num3 = default(int);
    if (!int.TryParse(txtInput3.Text, out num3))
    {
        MessageBox.Show("輸入第三個正整數值：");
        return;
     }

    //宣告第一個並行作業的委派實體
    Action act1 = () =>
        {
             int sum = 0;
            for (int x = 1; x <= num1; x++)
            {
                sum += x;
            }

            //顯示執行結果
            this.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Background, new Action(() => run1.Text = sum.ToString()));
        };

    //宣告第二個並行作業的委派實體
    Action act2 = () =>
    {
        int sum = 0;
        for (int x = 1; x <= num2; x++)
        {
            sum += x;
        }

        //顯示執行結果
        this.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Background, new Action(() => run2.Text = sum.ToString()));
     };

    //宣告第三個並行作業的委派實體
    Action act3 = () =>
    {
         int sum = 0;
        for (int x = 1; x <= num3; x++)
        {
            sum += x;
        }

        //顯示執行結果
        this.Dispatcher.BeginInvoke(DispatcherPriority.Background, new Action(() => run3.Text = sum.ToString()));
    };


    //使用 Parallel 類別來執行 並行任務
    Parallel.Invoke(act1, act2, act3);

}



程式碼重點講解：
1.這邊我主要用了 3 個 Action 的委派實體，分別用來進行整數的累加運算任務。
2.使用了 Dispatcher.BeginInvoke() 方法，和Windows Form 專案一樣，WPF 在平行作業模式下，也分為主UI的主執行緒，和多個任務的各別執行緒，而在任務的執行緒要改變主執行緒控管的主畫面下，必須透過 Dispatcher.BeginInvoke ，在不會發生一個 UnauthorizedAccessException 例外錯誤。
3.也是最重要的程式碼邏輯，利用 Parallel類別的 Invoke 方法呼叫，分別傳入多個委派實體，在這邊我宣告了3個 Action 委派實體，我一次傳入 Parallel.Invoke(act1,act2,act3), 這樣程式就自動進行3個平行作業任務了。





參考文章
C#多工作業與平行處理技術講解
1.透過 Thread 類別撰寫多執行緒多工作業。
2.透過 Delegate 委託支援的方法，撰寫非同步任務。
3-1.透過 Parallel 類別操控多任務平行作業(一)。
3-2. 透過 Parallel 類別操控多任務平行作業(二)。
4.使用 Task 自行控制非同步任務作業。
5.在非同步作業時，如何取消非同步任務。
6.多執行緒多任務存取相同變數，但卻各自隔離保留各自任務的值。
7.非同步存取變數的問題。
8.非同步資源鎖定解決方式。




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透過 Delegate 委託支援的方法，撰寫非同步任務（軟體開發、客製化軟體、系統設計）

      此篇文章主要是延續之前的文章 【C#多工作業與平行處理技術講解】，講解與實作如何在利用強大的 透過 Delegate 委託支援的方法，撰寫非同步任務，這裡一樣我會透過簡單程式碼進行實作教學。

       在.Net 平台的委派類型（Delegate)自身就可以很容易地使用非同步作業，因為只要是委派（Delegate)類型都一點有 BeginInvoke 以及對應的 EndInvoke() 這 2 個非同步操作方法，所以我們就可以非常容易地透過 委派實體 直接 使用非同步任務。
      在這邊我一樣使用 Windows Form 來做示範（因為比較單純可以講解程式技巧，所以不要問我為何不用 ASP.NET MVC)，整個實作範例畫面為如下圖：






步驟1 ：
在 Visual Studio 新增一個 Windows Form 專案，我們準備拖拉幾個控制箱來達成 主要結果畫面，分別有
Label 控制箱 （Text = 基數）、Button 按鈕控制箱（Text = 進行計算作業 , Name = btnDelegateInvoke）、ProgressBar控制箱（用於顯示非同步作業的進度）、TextBox 文字方塊（Name = txtResult , 用於顯示執行計算結果）。


步驟 2：
在 Button 控制箱 （name = btnDelegateInvoke）的 Click 事件，撰寫主要核心代碼：
private void btnDelegateInvoke_Click(object sender, EventArgs e)
{
    int baseNum = default(int);
    if (!int.TryParse(txtBaseNum.Text, out baseNum))
    {
        MessageBox.Show("請輸入一個正整數哦！");
        return;
    }

    txtResult.Clear();

    // 顯示進度表的狀態
    IProgress<int> progressReporter = new Progress<int>((p) =>
    {
        this.progressBar1.Value = p;
    });

    //  計算階乘的委派實體
    Func<int, BigInteger> ComputeNumValueAction = (bsNum) =>
        {
            BigInteger bi = new BigInteger(1);
            for (int i = 1; i <= bsNum; i++)
            {
                bi *= i; //相乘
                // 用於計算目前進度
                double ps = Convert.ToDouble(i) / Convert.ToDouble(bsNum) * 100d;
                progressReporter.Report(Convert.ToInt32(ps));
            }
            return bi;
        };

    // 開始呼叫使用
    btnDelegateInvoke.Enabled = false;
    ComputeNumValueAction.BeginInvoke(baseNum, new AsyncCallback(FinishedCallback), ComputeNumValueAction);

}







程式碼邏輯講解：
1.在 Progress<T> 是實現 IProgress<T> 介面，所以這裡可以透過它支援的 Report()方法來報告目前非同步的操作進度數據，該對象在進度更新後，是允許使用者直接繼續操作主畫面的，例如拖拉。

2.Func<int,BigInteger> 委派，代表自身帶有一個 int 類型的參數，而返回的值類型為 BigInteger，這邊我特別用 BigInteger 類型，因為在計算階乘的計算結果，可能數字會非常大，會超出 long 類型的最大值。

3.在開始進行使用 委派（Delegate）支援的BeginInvoke方法時，必須再使用一個 AsyncCallback 委派，該委派主要是用於綁定一個方法，在檔非同步任務完成時，可以呼叫的回調方法，並且再回調方法中，再次調用 Delegate.EndInvoke方法來捕捉計算結果。

我們直接看 AsyncCallback 綁定的 FinishedCallback 方法。

private void FinishedCallback(IAsyncResult ar)
{
     // 取出委派變數
    Func<int, BigInteger> action = (Func<int, BigInteger>)ar.AsyncState;
    // 求得計算結果
    BigInteger res = action.EndInvoke(ar);
    this.BeginInvoke(new Action(() =>
     {
        btnDelegateInvoke.Enabled = true;
        // 顯示計算結果
        txtResult.Text = string.Format("計算結果：{0}", res);
     }));
}





上述程式碼撰寫完畢後，就可以編譯執行，在 基數欄位輸入一個正整數，就可以進行非同步的計算階乘作業。



參考文章
C#多工作業與平行處理技術講解
1.透過 Thread 類別撰寫多執行緒多工作業。
2.透過 Delegate 委託支援的方法，撰寫非同步任務。
3-1.透過 Parallel 類別操控多任務平行作業(一)。
3-2. 透過 Parallel 類別操控多任務平行作業(二)。
4.使用 Task 自行控制非同步任務作業。 
5.在非同步作業時，如何取消非同步任務。 
6.多執行緒多任務存取相同變數，但卻各自隔離保留各自任務的值。
7.非同步存取變數的問題。
8.非同步資源鎖定解決方式。





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在 .Net 透過 Thread 類別撰寫多執行緒多工作業【軟體開發、軟件開發、客製化軟體】

     此篇文章主要是延續上一篇 【C#多工作業與平行處理技術講解】，講解與實作如何在利用強大的 Thread 類別，使用 C# 來撰寫多執行緒多工作業功能。

     在 .Net 平台中 Thread 類別位於 System.Threading 命名空間中，此類別封裝了多執行緒許多方法與功能，可以讓我們快速建立新的執行緒，進而在新的執行緒執行所需要的程式碼邏輯，在我們建立一個 Thread 的實例（Instance）時，需要透過一個委派（Delegate）與新建立的 Thread 實例和一個現有的方法（Method）進行綁定，當執行緒（Thread）啟動後，就會立即執行這個綁定的方法。

     傳遞給 Thead 的建構子的委派（Delegate）有 2 種，一種是不帶任何參數的委派方法；第二種是可以帶一個 object 參數的委派方法。在我們實體化 Thread 物件後，就可以開始調用 Thread.Start()方法，來啟動執行緒（也會開始執行綁定的方法），而在執行過程隨時可以調用 Thread.Abort()方法，來強制終止執行緒的執行，不過這個 Abort()方法會引發一個 ThreadStateException 例外錯誤。

     現在我就帶一個實際範例來是示範如何 用 C# 使用 Thread 類別，建立一個執行緒作業，這邊為了簡單講解觀念，我使用最簡單的 Windows Form 專案來講解。

Step 1. 透過 Visual Studio 2017（舊版本 2015/2013/2012都行啦）新增一個 Windows Form 專案

Step 2.在 Step 1建立的 Windos  Form 專案後，會產生一個 Form1的界面表單，打開此表單，然後從工具箱拖拉一個 ProgressBar 控制箱到 Form1 畫面，並排好版面。

          Step 3. 從工具箱在拖拉一個 Button 到 Form1 的畫面，並將 name 屬性命名為 btnTread , Text 修改為【Thread 執行緒 啟動】

Step 4. 在 Form1.cs 後置程式碼裡，我撰寫了一個 DoWok() 方法，裡面撰寫了一下邏輯，程式碼如下：
/// <summary>
/// 此方法將會透過委派(Delegate)指定給新的執行緒(Thread)
/// </summary>
private void DoWork()
{
  int p = 0;
  while (p < 100)
  {
    p++;
    Thread.Sleep(100);
    //更新進度表
    this.BeginInvoke(new Action(() =>
    {
       this.progressBar1.Value = p;
    }));
  }
  this.BeginInvoke(new Action(delegate ()
  {
   //再次啟用按鈕狀態
   btnTreadStart.Enabled = true;
   //重設定進度表為 0 
   progressBar1.Value = 0;
   //顯示執行緒已完成
   MessageBox.Show("執行緒已完成。", "執行緒已完成", MessageBoxButtons.OK, MessageBoxIcon.Information);
  }));
} 

Step 5. 在 Form1 的 Button 按鈕，雙擊滑鼠 （button1_Click），在button1_Click 事件我撰寫了 核心的 操控 Thread 程式碼

private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
{

  //宣告一個 Thread 類別，並將在傳入 Step 4 所宣告的 DoWord 方法
  //待會 Thead 執行時，就會立即執行 DoWord 方法
  Thread newThread = new Thread(DoWork);
  //停用按鈕
  btnTreadStart.Enabled = false;
  //啟用新的執行緒
  newThread.Start();

}

Step 6. Compile 編譯執行(執行F5)，就可以看到結果

程式碼補充解釋：
因為基於執行緒的安全考量和包含使用者界面完整性，一般而言，系統是限制跨執行緒去更新修改使用者界面，所以在 Step 4 的 DoWokd方法，我透過呼叫 this.BeginInvoke() 方法傳遞一個 委派，使得可以在使用者界面的主執行緒上面進行更新使用者界面的控制箱(ProgressBar1)，所以可以看到進度表一直不斷更新。


透過這一篇文章希望可以說明如何利用 Thread 類別來操作多執行作業，後續我還會抽出時間講解不同的非同步多工作業方式，分成不同的文章來一一描述。

參考文章
C#多工作業與平行處理技術講解
1.透過 Thread 類別撰寫多執行緒多工作業。
2.透過 Delegate 委託支援的方法，撰寫非同步任務。
3-1.透過 Parallel 類別操控多任務平行作業(一)。
3-2. 透過 Parallel 類別操控多任務平行作業(二)。
4.使用 Task 自行控制非同步任務作業。 
5.在非同步作業時，如何取消非同步任務。 
6.多執行緒多任務存取相同變數，但卻各自隔離保留各自任務的值。
7.非同步存取變數的問題。
8.非同步資源鎖定解決方式。

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