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Bibliothèque parallèle de tâches (TPL) et programmation asynchrone .NET Framework

Le .NET Framework fournit les deux modèles standard suivants pour l'exécution d'opérations asynchrones liées aux E/S et orientées ordinateur :

  • Le modèle de programmation asynchrone, dans lequel les opérations asynchrones sont représentées par une paire de méthodes Begin/End telles que FileStream.BeginRead et Stream.EndRead.

  • Le modèle asynchrone basé sur des événements (EAP), dans lequel les opérations asynchrones sont représentées par une paire méthode/événement nommés OperationNameasynchrone et OperationName complété, par exemple, WebClient.DownloadStringAsync et WebClient.DownloadStringCompleted. (le modèle asynchrone basé sur des événements a été introduit avec le .NET Framework version 2.0).

La bibliothèque parallèle de tâches peut être utilisée de plusieurs façons conjointement à l'un ou l'autre des modèles asynchrones. Il est possible d'exposer à la fois les opérations de modèle de programmation asynchrone et de modèle asynchrone basé sur des événements en tant que Tâches aux consommateurs de la bibliothèque et d'exposer des modèles de programmation asynchrone et utiliser des objets Task pour les implémenter en interne. Dans les deux scénarios, en utilisant des objets Task, vous pouvez simplifier le code et bénéficier des fonctionnalités utiles suivantes :

  • Enregistrer des rappels sous la forme de continuations de tâches, à tout moment après le lancement de la tâche ;

  • Coordonner plusieurs opérations qui s'exécutent en réponse à une méthode Begin_, à l'aide des méthodes ContinueWhenAll et ContinueWhenAny, ou des méthodes WaitAll ou WaitAny ;

  • Encapsuler des opérations asynchrones liées aux E/S et orientées ordinateur dans le même objet Task ;

  • Surveiller l'état de l'objet Task ;

  • Marshaler le statut d'une opération sur un objet Task à l'aide de TaskCompletionSource<TResult>.

Les classes System.Threading.Tasks.TaskFactory et System.Threading.Tasks.TaskFactory<TResult> fournissent plusieurs surcharges de la méthode FromAsync et FromAsync qui vous permettent d'encapsuler une paire de méthodes de modèle de programmation asynchrone Begin/End dans une instance Task ou Task<TResult>. Les différentes surcharges s'adaptent à toutes les paires de méthode Begin/End possédant de zéro à trois paramètres d'entrée.

Pour les paires ayant des méthodes End qui retournent une valeur (Function en Visual Basic), utilisez les méthodes de TaskFactory<TResult>, qui créent un Task<TResult>. Pour les méthodes End qui retournent void (Sub en Visual Basic), utilisez les méthodes de TaskFactory, qui créent un Task.

Pour les rares cas dans lesquels la méthode Begin a plus de trois paramètres ou contient les paramètres ref ou out, les surcharges FromAsync supplémentaires qui encapsulent uniquement la méthode End sont fournies.

L'exemple de code suivant montre la signature de la surcharge qui correspond aux méthodes FromAsync, FileStream.BeginRead et FileStream.EndRead. Cette surcharge prend trois paramètres d'entrée, comme suit.


public Task<TResult> FromAsync<TArg1, TArg2, TArg3>(
    Func<TArg1, TArg2, TArg3, AsyncCallback, object, IAsyncResult> beginMethod, //BeginRead
     Func<IAsyncResult, TResult> endMethod, //EndRead
     TArg1 arg1, // the byte[] buffer
     TArg2 arg2, // the offset in arg1 at which to start writing data
     TArg3 arg3, // the maximum number of bytes to read
     object state // optional state information
    ) 


Le premier paramètre est un délégué Func<T1, T2, T3, T4, T5, TResult> qui correspond à la signature de la méthode FileStream.BeginRead. Le deuxième paramètre est un délégué Func<T, TResult> qui prend un IAsyncResult et retourne un TResult. Étant donné que EndRead retourne un entier, le compilateur déduit le type de TResult en tant que Int32 et le type de la tâche en tant que Task. Les quatre derniers paramètres sont identiques à ceux de la méthode FileStream.BeginRead :

  • Tampon dans lequel stocker les données de fichiers.

  • Dans le tampon, offset à partir duquel commencer l'écriture des données.

  • Quantité maximale de données à lire dans le fichier.

  • Objet facultatif qui stocke les données d'état définies par l'utilisateur pour passer au rappel.

Dd997423.collapse_all(fr-fr,VS.110).gifUtilisation de ContinueWith pour les fonctionnalités de rappel

Si vous devez accéder aux données d'un fichier, et non juste au nombre d'octets, la méthode FromAsync n'est pas suffisante. Utilisez plutôt la méthode Task, dont la propriété Result contient des données de fichier. Pour cela, ajoutez une continuation à la tâche d'origine. La continuation exécute le travail exécuté en général par le délégué AsyncCallback. Elle est appelée lorsque l'antécédent est terminé et les tampons de données remplis. (l'objet FileStream doit être fermé avant le retour)

L'exemple suivant indique comment retourner un Task qui encapsule la paire BeginRead/EndRead de la classe FileStream.


const int MAX_FILE_SIZE = 14000000;
public static Task<string> GetFileStringAsync(string path)
{
    FileInfo fi = new FileInfo(path);
    byte[] data = null;
    data = new byte[fi.Length];

    FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, data.Length, true);

    //Task<int> returns the number of bytes read
    Task<int> task = Task<int>.Factory.FromAsync(
            fs.BeginRead, fs.EndRead, data, 0, data.Length, null);

    // It is possible to do other work here while waiting
    // for the antecedent task to complete.
    // ...

    // Add the continuation, which returns a Task<string>. 
    return task.ContinueWith((antecedent) =>
    {
        fs.Close();

        // Result = "number of bytes read" (if we need it.)
        if (antecedent.Result < 100)
        {
            return "Data is too small to bother with.";
        }
        else
        {
            // If we did not receive the entire file, the end of the
            // data buffer will contain garbage.
            if (antecedent.Result < data.Length)
                Array.Resize(ref data, antecedent.Result);

            // Will be returned in the Result property of the Task<string>
            // at some future point after the asynchronous file I/O operation completes.
            return new UTF8Encoding().GetString(data);
        }
    });
}


La méthode peut alors être appelée, comme suit.



Task<string> t = GetFileStringAsync(path);          

// Do some other work:
// ...

try
{
     Console.WriteLine(t.Result.Substring(0, 500));
}
catch (AggregateException ae)
{
    Console.WriteLine(ae.InnerException.Message);
}            


Dd997423.collapse_all(fr-fr,VS.110).gifFourniture de données d'état personnalisées

Dans les opérations IAsyncResult typiques, si votre délégué AsyncCallback a besoin de certaines données d'état personnalisées, vous devez le passer via le dernier paramètre de la méthode Begin, afin que les données puissent être empaquetées dans l'objet IAsyncResult qui est finalement passé à la méthode de rappel. Cela n'est en général pas obligatoire lorsque les méthodes FromAsync sont utilisées. Si les données personnalisées sont connues de la continuation, elles peuvent être capturées directement dans le délégué de continuation. L'exemple suivant ressemble à l'exemple précédent, mais au lieu d'examiner la propriété Result de la tâche antérieure, la continuation examine les données d'état personnalisées directement accessibles au délégué utilisateur de la continuation.


public Task<string> GetFileStringAsync2(string path)
{             
    FileInfo fi = new FileInfo(path);
    byte[] data = new byte[fi.Length];                       
    MyCustomState state = GetCustomState();
    FileStream fs = new FileStream(path, FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, data.Length, true);
    // We still pass null for the last parameter because
    // the state variable is visible to the continuation delegate.
    Task<int> task = Task<int>.Factory.FromAsync(
            fs.BeginRead, fs.EndRead, data, 0, data.Length, null);

    return task.ContinueWith((antecedent) =>
    {
        // It is safe to close the filestream now.
        fs.Close();

        // Capture custom state data directly in the user delegate.
        // No need to pass it through the FromAsync method.
        if (state.StateData.Contains("New York, New York"))
        {
            return "Start spreading the news!";
        }
        else
        {
            // If we did not receive the entire file, the end of the
            // data buffer will contain garbage.
            if (antecedent.Result < data.Length)
                Array.Resize(ref data, antecedent.Result);

            // Will be returned in the Result property of the Task<string>
            // at some future point after the asynchronous file I/O operation completes.
            return new UTF8Encoding().GetString(data);
        }
    });

}


Dd997423.collapse_all(fr-fr,VS.110).gifSynchronisation de plusieurs tâches FromAsync

Les méthodes ContinueWhenAll et ContinueWhenAny statiques fournissent une flexibilité supplémentaire en cas d'utilisation avec les méthodes FromAsync. L'exemple suivant indique comment initialiser plusieurs opérations d'E/S asynchrones et attendre qu'elles soient toutes terminées avant d'exécuter la continuation.


public Task<string> GetMultiFileData(string[] filesToRead)
{
    FileStream fs;
    Task<string>[] tasks = new Task<string>[filesToRead.Length];
    byte[] fileData = null;
    for (int i = 0; i < filesToRead.Length; i++)
    {
        fileData = new byte[0x1000];
        fs = new FileStream(filesToRead[i], FileMode.Open, FileAccess.Read, FileShare.Read, fileData.Length, true);

        // By adding the continuation here, the 
        // Result of each task will be a string.
        tasks[i] = Task<int>.Factory.FromAsync(
                 fs.BeginRead, fs.EndRead, fileData, 0, fileData.Length, null)
                 .ContinueWith((antecedent) =>
                     {
                         fs.Close();

                         // If we did not receive the entire file, the end of the
                         // data buffer will contain garbage.
                         if (antecedent.Result < fileData.Length)
                             Array.Resize(ref fileData, antecedent.Result);

                         // Will be returned in the Result property of the Task<string>
                         // at some future point after the asynchronous file I/O operation completes.
                         return new UTF8Encoding().GetString(fileData);
                     });
    }

    // Wait for all tasks to complete. 
    return Task<string>.Factory.ContinueWhenAll(tasks, (data) =>
    {
        // Propagate all exceptions and mark all faulted tasks as observed.
        Task.WaitAll(data);

        // Combine the results from all tasks.
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        foreach (var t in data)
        {
            sb.Append(t.Result);
        }
        // Final result to be returned eventually on the calling thread.
        return sb.ToString();
    });

}


Dd997423.collapse_all(fr-fr,VS.110).gifTâches FromAsync pour la méthode End uniquement

Pour les rares cas dans lesquels la méthode Begin requiert plus de trois paramètres d'entrée ou a des paramètres ref ou out, vous pouvez utiliser les surcharges FromAsync, telles que TaskFactory<TResult>.FromAsync(IAsyncResult, Func<IAsyncResult, TResult>), qui représentent uniquement la méthode End. Ces méthodes peuvent également être utilisées pour tous les scénarios dans lesquels vous est passé un IAsyncResult que vous voulez encapsuler dans une tâche.


static Task<String> ReturnTaskFromAsyncResult()
{
    IAsyncResult ar = DoSomethingAsynchronously();
    Task<String> t = Task<string>.Factory.FromAsync(ar, _ =>
        {
            return (string)ar.AsyncState;
        });

    return t;
}


Dd997423.collapse_all(fr-fr,VS.110).gifLancement et annulation de tâches FromAsync

La tâche retournée par une méthode FromAsync a l'état WaitingForActivation et sera lancée à un moment donné par le système après la création de la tâche. Si vous essayez d'appeler Start pour une telle tâche, une exception sera levée.

Vous ne pouvez pas annuler de tâche FromAsync, car les API .NET Framework sous-jacentes ne prennent actuellement pas en charge l'annulation en cours de fichiers ou d'E/S réseau. Vous pouvez ajouter des fonctionnalités d'annulation à une méthode qui encapsule un appel FromAsync, mais vous pouvez répondre uniquement à l'annulation avant que FromAsync soit appelé ou terminé (dans une tâche de continuation, par exemple).

Certaines classes prenant en charge le modèle asynchrone basé sur des événements comme par exemple WebClient, prennent en charge l'annulation et vous permet d'intégrer ces fonctionnalités d'annulation native à l'aide des jetons d'annulation.

La bibliothèque parallèle de tâches ne fournit pas de méthodes conçues spécifiquement pour encapsuler une opération asynchrone basée sur des événements de la même façon que la famille FromAsync de méthodes encapsule le modèle IAsyncResult. Toutefois, la bibliothèque parallèle de tâches fournit la classe System.Threading.Tasks.TaskCompletionSource<TResult>, qui peut être utilisée pour représenter tout ensemble d'opérations arbitraire tel qu'un Task<TResult>. Les opérations peuvent être synchrones ou asynchrones et peuvent être liées aux E/S ou orientées ordinateur, ou les deux.

L'exemple suivant indique comment utiliser un TaskCompletionSource<TResult> pour exposer un ensemble d'opérations WebClient asynchrones à du code client en tant que Task<TResult> de base. Cette méthode vous permet d'entrer un tableau d'URL Web et un terme ou nom à rechercher, puis retourne le nombre d'occurrences de ce terme ou nom sur chaque site.


Task<string[]> GetWordCountsSimplified(string[] urls, string name, CancellationToken token)
{
    TaskCompletionSource<string[]> tcs = new TaskCompletionSource<string[]>();
    WebClient[] webClients = new WebClient[urls.Length];
    object m_lock = new object();
    int count = 0;
    List<string> results = new List<string>();

    // If the user cancels the CancellationToken, then we can use the
    // WebClient's ability to cancel its own async operations.
    token.Register(() =>
    {
        foreach (var wc in webClients)
        {
            if (wc != null)
                wc.CancelAsync();
        }
    });


    for (int i = 0; i < urls.Length; i++)
    {
        webClients[i] = new WebClient();

        #region callback
        // Specify the callback for the DownloadStringCompleted
        // event that will be raised by this WebClient instance.
        webClients[i].DownloadStringCompleted += (obj, args) =>
        {

            // Argument validation and exception handling omitted for brevity.

            // Split the string into an array of words,
            // then count the number of elements that match
            // the search term.
            string[] words = args.Result.Split(' ');
            string NAME = name.ToUpper();
            int nameCount = (from word in words.AsParallel()
                             where word.ToUpper().Contains(NAME)
                             select word)
                            .Count();

            // Associate the results with the url, and add new string to the array that 
            // the underlying Task object will return in its Result property.
            results.Add(String.Format("{0} has {1} instances of {2}", args.UserState, nameCount, name));

            // If this is the last async operation to complete,
            // then set the Result property on the underlying Task.
            lock (m_lock)
            {
                count++;
                if (count == urls.Length)
                {
                    tcs.TrySetResult(results.ToArray());
                }
            }
        };
        #endregion

        // Call DownloadStringAsync for each URL.
        Uri address = null;
        address = new Uri(urls[i]);
        webClients[i].DownloadStringAsync(address, address);

    } // end for

    // Return the underlying Task. The client code
    // waits on the Result property, and handles exceptions
    // in the try-catch block there.
    return tcs.Task;
}


Pour obtenir un exemple plus complet, incluant la gestion des exceptions et indiquant comment appeler la méthode depuis le code client, consultez Comment : exposer des modèles EAP à l'aide d'une tâche.

Souvenez-vous que toute tâche créée par un TaskCompletionSource<TResult> sera lancée par ce TaskCompletionSource et que, par conséquent, le code utilisateur ne doit pas appeler la méthode Start dans cette tâche.

Dans certains scénarios, il peut être souhaitable d'exposer directement le modèle IAsyncResult à l'aide des paires de méthodes Begin/End dans une API. Vous pouvez, par exemple, maintenir la cohérence avec les API existantes ou posséder des outils automatisés qui nécessitent ce modèle. Dans de tels cas, vous pouvez utiliser des tâches pour simplifier l'implémentation en interne du modèle de programmation asynchrone.

L'exemple suivant indique comment utiliser des tâches pour implémenter une paire de méthodes de modèle de programmation asynchrone Begin/End pour une méthode orientée ordinateur de longue durée.


class Calculator
{
    public IAsyncResult BeginCalculate(int decimalPlaces, AsyncCallback ac, object state)
    {
        Console.WriteLine("Calling BeginCalculate on thread {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        Task<string> f = Task<string>.Factory.StartNew(_ => Compute(decimalPlaces), state);
        if (ac != null) f.ContinueWith((res) => ac(f));
        return f;
    }

    public string Compute(int numPlaces)
    {
        Console.WriteLine("Calling compute on thread {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

        // Simulating some heavy work.
        Thread.SpinWait(500000000);

        // Actual implemenation left as exercise for the reader.
        // Several examples are available on the Web.
        return "3.14159265358979323846264338327950288";
    }

    public string EndCalculate(IAsyncResult ar)
    {
        Console.WriteLine("Calling EndCalculate on thread {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
        return ((Task<string>)ar).Result;
    }
}

public class CalculatorClient
{
    static int decimalPlaces = 12;
    public static void Main()
    {
        Calculator calc = new Calculator();
        int places = 35;

        AsyncCallback callBack = new AsyncCallback(PrintResult);
        IAsyncResult ar = calc.BeginCalculate(places, callBack, calc);

        // Do some work on this thread while the calulator is busy.
        Console.WriteLine("Working...");
        Thread.SpinWait(500000);
        Console.ReadLine();
    }

    public static void PrintResult(IAsyncResult result)
    {
        Calculator c = (Calculator)result.AsyncState;
        string piString = c.EndCalculate(result);
        Console.WriteLine("Calling PrintResult on thread {0}; result = {1}",
                    Thread.CurrentThread.ManagedThreadId, piString);
    }
}


Le fichier Streamextensions.cs dans Exemples de programmation parallèle avec .NET Framework 4 (page éventuellement en anglais) sur le site MSDN, contient plusieurs implémentations de référence qui utilisent des objets Task pour les fichiers asynchrones et E/S réseau.

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