.NET 4.0中的Task Parallel Library（TPL）已经不是什么新鲜事了，相信很多朋友也阅读过不少有关TPL的书籍资料。而另一方面，能够将TPL合理地运用在实际项目开发过程中，以提高程序的执行效率，这种情况也并不多见。本文就以实际项目中的一个程序功能为例，简要讨论一下TPL的应用。在此我不打算对TPL的相关基础知识做过多讨论，这些内容在网上应该有不少的文章资料可供参考；同时读者朋友还可以阅读一些有关TPL的经典书籍，以便加深对TPL的理解。文章最后我会推荐几本不错的有关.NET 4.0下TPL的书籍资料。
案例：批量对象的XML序列化
在某个项目中，需要对一大批相同类型的对象进行XML序列化操作，在序列化工作完成后，程序会把序列化所得的XML字符串根据对象的ID值保存到一个字典（Dictionary）的对象中，以便后续的程序逻辑能够使用这些序列化后的XML。为了简化起见，我定义了一个Customer类来模拟这些对象的类型（实际项目中的对象类型要比这个Customer复杂一些），这个Customer类仅包含两个属性：ID和Name。下图大致描述了这个处理过程：
现在让我们先定义这个Customer类，以便为接下来的实验作准备。Customer类的定义如下：
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public class Customer{ public long ID { get; set; } public string Name { get; set; } public override string ToString() { return Name; }} |
下面，我们分别使用传统的方式和基于TPL的并行处理方式来实现这个程序，然后比较一下这两种方式产生的效果差异。
传统的实现方式
传统的实现方式很简单，基本思路就是对每一个Customer对象，使用XmlSerializer对其进行序列化操作，然后把产生的XML字符串保存到字典中。代码如下：
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static IEnumerable<KeyValuePair<long, string>> SerializeCustomers(Customer[] customers){ var dict = new Dictionary<long, string>(); var xmlSerializer = new XmlSerializer(typeof(Customer)); foreach (var customer in customers) { using (var ms = new MemoryStream()) { xmlSerializer.Serialize(ms, customer); dict.Add(customer.ID, Encoding.ASCII.GetString(ms.ToArray())); } } return dict;} |
基于TPL的并行处理方式
在采用这种方式之前，需要对我们的应用场景进行分析。今后在项目中打算使用TPL之前，都应该进行这样的分析。主要目的就是为了讨论目前我们所面对的场景，是否可以使用并行计算。目前我们的应用场景是可以采用TPL的并行处理方式的。因为首先，针对每个Customer对象的序列化操作都相对独立，没有先后顺序之分，即各操作之间是可替换的，比如计算a+b+c，可以先计算a+b（也就是(a+b)+c），也可以先计算b+c（也就是a+(b+c)）；其次，虽然在最后整合结果的时候需要访问跨线程的共享资源，也就是在最后整合结果的时候产生了资源的依赖关系，但对于整个计算的过程，各个任务都是可以互不干扰地执行的。在运用TPL的时候，我觉得应该尽可能地降低各个任务之间的依赖关系，因为TPL中的任务有可能会被分配到不同的线程去执行，如果任务之间有资源的相互依赖的话，线程同步将降低任务执行的效率。
以下是此案例的TPL版本：
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static IEnumerable<KeyValuePair<long, string>> ParallelSerializeCustomers(Customer[] customers){ var dict = new Dictionary<long, string>(); var xmlSerializer = new XmlSerializer(typeof(Customer)); object lockObj = new object(); Parallel.ForEach(customers, () => new Dictionary<long, string>(), (customer, loopState, single) => { using (var ms = new MemoryStream()) { xmlSerializer.Serialize(ms, customer); single.Add(customer.ID, Encoding.ASCII.GetString(ms.ToArray())); } return single; }, (single) => { lock (lockObj) { single.ToList().ForEach(p => dict.Add(p.Key, p.Value)); } }); return dict;} |
在ParallelSerializeCustomers方法中，采用了foreach循环的并行版本：Parallel.ForEach方法。这个方法与foreach类似，会逐个轮询给定的IEnumerable对象中的没一个值，不过Parallel.ForEach方法会将这个轮询的过程分配到多个Task上执行，因此对于Parallel.ForEach，执行过程的中断（break）以及异常处理都与foreach完全不同。在这个例子中，我们使用的是Parallel.ForEach方法的其中一个重载版本，在这个方法重载中，首先我们将需要轮询的IEnumerable对象（也就是这里的customers数组）传递给该方法；之后有一个Func<TLocal>的委托参数，这个委托参数的作用是为了对Task执行线程范围内的局部变量进行初始化，在这里我们直接使用Lambda表达式返回了一个新建的Dictionary<long, string>对象，表示需要对线程范围内的局部变量（其实就是第三个参数中的那个single变量）初始化成一个新的Dictionary<long, string>实例；第三个参数也是一个委托，用于对当前的枚举对象执行真正的处理逻辑，然后将处理结果返回；第四个参数则是用来整合每个任务的处理结果，以得到最终结果。不难看出，在整合最终结果的时候，多个线程需要同时访问dict变量，因此需要使用lock关键字以保证线程同步。
执行效果对比
以下是在一台具有4核CPU的计算机上，处理十万（100000）个Customer对象的执行效果，可见基于TPL的实现效率要比传统的实现方式高很多。值得一提的是，传统方式所产生的dict是有序的，而基于TPL的方式所产生的dict则是无序的，但这并不影响结果，因为程序并不会关心dict中的值是否有序。
以下是传统实现方式下，CPU的利用率。我们可以看到，基本上CPU的利用率只能达到20%-30%左右，大部分CPU资源都没有利用到：
以下是基于TPL方式下，CPU的利用率，基本上能达到85%以上（估计剩下的部分由于IO的原因，所以没有达到更高的CPU利用率）：
参考书籍
- 《Parallel Programming with Microsoft Visual Studio 2010 Step by Step》
- 《Professional Parallel Programming with C#: Master Parallel Extensions with .NET 4》
- 《Parallel Programming with Microsoft .NET: Design Patterns for Decomposition and Coordination on Multicore Architectures》
案例代码下载
前文回顾：
在Visual Studio 2010中创建多项目（解决方案）模板【一】：多项目解决方案模板的创建
在Visual Studio 2010中创建多项目（解决方案）模板【二】：Template Wizard的使用
本文主要讨论多项目（解决方案）模板的部署相关问题，包括：
- 为多项目解决方案模板设置模板名称
- 修改多项目解决方案模板的图标
- 创建Visual Studio 2010扩展的安装包VSIX文件
为多项目解决方案模板设置模板名称
模板名称的设置非常简单,，只需要修改CMSProjectTemplate.vstemplate文件中的Name XML节点的内容即可。例如，我们可以为我们的模板起名为：Customer Management System Solution：
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<Name>Customer Management System Solution</Name> |
修改多项目解决方案模板的图标
模板图标的修改也非常简单，在文件系统中找一个ICO的图标文件，将CMSProjectTemplate项目目录下的CMSProjectTemplate.ico文件替换掉即可。例如我使用下面的图标作为模板的图标：
现在编译CMSProjectTemplate项目，并将产生的ZIP文件拷贝到Visual C#的ProjectTemplate目录下，重新打开New Project对话框，我们可以看到下面的效果：
创建Visual Studio 2010扩展的安装包VSIX文件
现在，我们可以使用VSIX来为最终用户提供一个安装项目模板的安装包，到时候用户只需要双击这个VSIX文件即可将所需的项目模板以插件的形式安装到Visual Studio中。
首先，在CMSProjectTemplate解决方案中，新建一个VSIX Project的项目，我们取名为CMSProjectTemplateVSIX：
在source.extension.vsixmanifest文件的设计界面，设置如下属性：
- Product Name：Customer Management System Project Template
- Author：<填写你自己的姓名，或者公司名>
- Description：<填写一些描述信息>
其它内容你可以选填，至于License Terms，你可以找一个txt或者rtf文件，用来描述许可协议。填写完后，设计界面大致如下：
然后，在设计界面的Content部分，单击Add Content按钮，此时将弹出Add Content对话框，在Select a content type下拉框中，选择Project Template，在Select a source选项中选择CMSProjectTemplate项目，然后单击OK按钮：
用相同的方法，添加Template Wizard：
完成这两项内容的添加以后，设计界面的Content部分大致如下：
OK，现在保存并编译CMSProjectTemplateVSIX项目，完成编译之后，我们在输出目录中找到了VSIX文件：
双击CMSProjectTemplateVSIX.vsix文件，将出现如下对话框：
单击Install按钮完成Visual Studio 2010扩展的安装。安装完成后，重新启动Visual Studio 2010，点击Tools –> Extension Manager菜单，我们可以在打开的Extension Manager对话框中找到刚刚安装的扩展包：
用户可以根据自己的需要对其进行禁用或者卸载。
总结
本系列文章从一个案例解决方案开始，逐步介绍了如何使用Visual Studio 2010 SDK来创建一个多项目的解决方案模板项目，并介绍了其中的一些高级应用。希望这样的文章能够真正地帮助到有这方面需求的读者朋友。
本文案例下载
CMSProjectTemplate（完整版）
参考文献
- Creating and Sharing Project & Item Templates：http://blogs.msdn.com/b/visualstudio/archive/2010/03/04/creating-and-sharing-project-item-templates.aspx
- How to: Create Multi-Project Templates: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/ms185308.aspx
- Can't Avoid the ProjectGuid from Being Changed in .csproj File：http://social.msdn.microsoft.com/Forums/en-US/csharpide/thread/1d632940-cc1d-49d5-a64c-d3e999216cbd
- VSPackage: Force a project to unload then reload：http://social.msdn.microsoft.com/Forums/en/vsx/thread/49f69447-951a-4a9c-9c69-9a821f2a367c
- Multi-Project Templates with Wizard: Visual Studio 2010 Sample：http://vsix.codeplex.com/
posted @ 2012-01-19 14:43 dax.net 阅读(1301) | 评论 (0) 编辑 |
posted @ 2012-01-18 20:17 dax.net 阅读(1277) | 评论 (1) 编辑 |
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