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2017年7月8日 星期六

在.Net 透過 Parallel 類別操控多任務平行作業(二)【軟體開發、軟體設計、系統開發、客製化軟體】

    這篇主要是再次講解 Parallel 類別並行作業的其他支援方法,主要是延續上一篇教學文章 3-1.透過 Parallel 類別操控多任務平行作業(一)。 

    這邊我將透過WPF專案實作一個使用 Parallel.ForEach 方法來支援的循環平行作業任務,它的概念就好比我們常在寫的 for(i=0;i<=10;i++)、或 foreach 迴圈,只是Parallel 類別是充分利用多個處理器、多個核心同時進行作業,執行速度當然效率就快很多。



步驟1:
在 Visual Studio 一樣建立一個WPF 專案

wpf

步驟2:
在 MainWindows.xmal 界面設計成如下結果
parellel

主要是使用了 3個 textbox 控制項,用於讓使用者輸入 資料夾路徑 、想建立的檔案數量、以及每個檔案的大小,再來使用一個 button 按鈕(開始執行 Parallel.Foreach 多任務運算), 來撰寫主要的 並行作業邏輯程式碼。


xaml 程式碼部分畫面
xaml2



步驟3:
在 Button.Click 事件撰寫主要程式碼


程式碼如下:

private void OnClick(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    if (string.IsNullOrWhiteSpace(txtDir.Text))
    {
        MessageBox.Show("請輸入目標存放文件的資料夾!!");
        return;
    }


    //如果目標資料夾不存在,就建立一個新的資料夾
    if (!Directory.Exists(txtDir.Text))
    {
        Directory.CreateDirectory(txtDir.Text);
    }


    int fileNum = 0;
    if (!int.TryParse(txtFileNum.Text, out fileNum))
    {
        MessageBox.Show("請輸入檔案的數量!!"); return;
    }


    long fileSize = 0L;
    if (long.TryParse(txtSize.Text, out fileSize) == false)
    {
        MessageBox.Show("請輸入預計每個檔案的大小!!");
        return;
    }


    //記錄要產生新的檔案名稱清單
    List<string> fileNames = new List<string>();


    for (int n = 0; n < fileNum; n++)
    {
        //檔案名稱
        string _filename = "file_" + (n + 1).ToString();


        //資料夾的絕對路徑
        string _dirpath = System.IO.Path.GetFullPath(txtDir.Text);


        //新的檔案的完整路徑
        string fullPath = System.IO.Path.Combine(_dirpath, _filename);


        //加入清單
        fileNames.Add(fullPath);
    }


    txtDisplay.Clear();

    //宣告一個Random 亂書產生器,目的待會用來產生每個檔案的隨機內容
    Random rand = new Random();


    //宣告一個 Action 委派任務,來產生每個檔案與檔案內容
    Action<string> act = (file) =>
        {
            FileInfo fileInfo = new FileInfo(file);


            //如果文件已經存在,就把它刪除
            if (fileInfo.Exists)
                fileInfo.Delete();


            //開始進行隨機寫入內容
            byte[] buffer = new byte[fileSize];
            rand.NextBytes(buffer);


            using (FileStream fs = fileInfo.Create())
            {
                 BinaryWriter sw = new BinaryWriter(fs);
                 sw.Write(buffer);
                sw.Close();
                sw.Dispose();
            }


            //顯示執行結果
            string msg = string.Format("檔案{0}已經建立完成!!\n", fileInfo.Name);
             this.Dispatcher.BeginInvoke(System.Windows.Threading.DispatcherPriority.Normal, new Action(() => txtDisplay.AppendText(msg)));


        };

    //開始進行 Parallel 的循環平行任務作業
    Parallel.ForEach<string>(fileNames, act);


}




重點程式碼講解:
1.使用 Random rand = new Random();  ,來隨機產生每個檔案的內容。
2.宣告一個 Action 委派任務,來產生每個檔案與檔案內容。
Action<string> act = (file) =>
    {
        FileInfo fileInfo = new FileInfo(file);


        //如果文件已經存在,就把它刪除
        if (fileInfo.Exists)
            fileInfo.Delete();


        //開始進行隨機寫入內容
        byte[] buffer = new byte[fileSize];
        rand.NextBytes(buffer);


        using (FileStream fs = fileInfo.Create())
        {
            BinaryWriter sw = new BinaryWriter(fs);
            sw.Write(buffer);
            sw.Close();
            sw.Dispose();
        }


        //顯示執行結果
        string msg = string.Format("檔案{0}已經建立完成!!\n", fileInfo.Name);
        this.Dispatcher.BeginInvoke(System.Windows.Threading.DispatcherPriority.Normal, new Action(() => txtDisplay.AppendText(msg)));


    };

3.使用 Parallel.ForEach<string> 來開始進行 Parallel 的循環平行任務作業。



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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2017年7月3日 星期一

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
2017-07-02_23-33-29


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。
step2

          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】

step3



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);
  }));

}
 

step4

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();

}

step5


Step 6. Compile 編譯執行(執行F5),就可以看到結果
step 5-1


step 5-2



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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2017年5月26日 星期五

C#多工作業與平行處理技術講解

    在現行 CPU 都是多核心的、甚至多顆 CPU 硬體條件下,在我們開發軟體撰寫程式時,就可以好好利用多工作業、平行處理、非同步模型了,所以這次我想好好介紹一下,如何在 .Net C# 平台環境下,撰寫多執行緒平行作業與非同步 程式撰寫技巧與概念。




   
     以往軟體操作使用者,在執行比較耗時的作業時,例如需要大量運算、影像處理等,系統主要使用畫面很容易出現"卡主"、"頓頓"、"當機的感覺",這個很容易造成使用者的抱怨,認為應用程式已經當機,甚至沒有耐心地到【工作管理員】來強制將應用程式關閉,但事實上這會導致造成兩個影響層面,一是,原本應用程式要執行的功能操作,沒有徹底執行完成;二是,如果應用程式一旦被強制關閉時,有可能造成資料的遺失,例如在執行會計系統轉帳功能時,如果只轉部分資料成功、或者盤點作業更新大量庫存成本與數量時,被強制關閉,這時候的資料有可能造成遺失(當然我在開發時這類型,我會用交易處理(Transaction)進行Commit與Rollback,這是另外議題,有機會再來談),所以如果我們可以在需要執行耗時的作業時,就必須考慮使用非同步作業(多工作業、平行處理)技術來撰寫程式,當將比較耗時的作業任務放到另外一個執行緒(Thread),這樣在執行複雜耗時作業時,不會影響到主要的使用者界面(因為使用者界面是另外一個獨立的執行緒),所以使用者可以繼續點選界面、用滑鼠拖移視窗表單都可以,這樣就不會出現卡卡的、要當機的假象。

    原理解釋,當一個使用者執行一個執行檔程式(.exe)時,程序指令就會自動加載到記憶體中去執行,這個就是所謂的應用程式的實例(Instance),而在操作系統中被稱為"Process 行程(大陸用語為 進程 )",Process 與 Process 互相獨立隔離,A Process 不會影響到 B Process 的執行,而每個 Process 又可以包含多個 Thread(執行緒,大陸用語為 線程)。一個 Process 都至少包含一個 Thread (執行緒/線程),主要的 Thread 我們又稱為 Main Thread (主執行緒),當主執行緒被結束終止時,Process(行程/進程)也會跟隨之被關閉,整個應用程式就會被關閉結束。


    經過我上面的解釋,希望讀者可以比較清楚 非同步作業(多工、平行處理)的好處,但是說實在我專案經歷也不淺,跟不同程式開發人員合作也非常頻繁,真正可以把多工平行處理寫得好的真的也算少數,因為本身控制非同步的邏輯思考以及資源鎖定釋放就必須深入的進行了解各種程式技術,不過身為 .Net 開發陣營的我,已經覺得非常幸福,因為 .Net 框架已經把非同步、多工作業封裝成相關類別,程式開發人員不必花太多時間去管理執行緒的底層模型,我們只有好好地學會如何使用這些類別,就可以把多執行緒多工作業寫得很好。


那麼,我想分幾篇文章來講解如何使用 .Net C# 支援的撰寫技巧來介紹,非同步作業的實作方式



以上我會另外花時間各自寫文章來敘述與實作......





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