使用并发与协调运行时

使用并发与协调运行时2011-04-05 infoq 译者:赵劼介绍

并发与协调运行时（Concurrency and Coordination Runtime，CCR）是一个.NET平台上的异步信息传递类库，提供了一套细小而强大的基础功能，能够使用不同的方式来组织应用程序。应用程序通过有效使用CCR可以获得更好的响应能力，以及更好的伸缩性及容错性。而它最神奇的地方则在于，开发人员获得这些便利的同时，还减少（甚至完全消除）了对线程、锁、互斥体（mutex）或其他同步元素的直接操作（或捕获错误）。

如果您的应用程序是单线程的，CCR可以使您的程序提高响应能力，并且更充分利用 CPU核心——同时让您的代码库从概念上保持整洁。如果您的程序已经启用了多线程，那么CCR能够在简化您代码库的同时，保持（甚至改进）程序的吞吐量。

简单说来，CCR提供了如下功能：

一个简单而高性能的消息传递实现。使用非常轻量级且类型安全的通道，以面向 Action的视角把各种对象连接了起来。

一套基础的调度约束。调度几乎就是CCR的全部。您可以创建各种任务，把消息传递给进程中的其他组件，并且通过一些叫做仲裁器（Arbiter）的对象来声明一些约束，以此对请求进行处理。在执行您的代码之前，CCR能够保证这些约束已经得到满足。

为失败处理提供了一种更好的模型。CCR提供了“Causality”，意味着为一系列相关异步子任务提供一个上下文，这样某个任务失败时（例如抛出了异常），那么这样的失败能在单独的地方进行隔离处理，这与发起任务的线程并没有关系。

更好的使用已有的（或将来会有的）计算能力。CCR能够使用现有的线程池进行调度，如果您需要的话，也可以使用它自带的实现，这在某些情况下能够带来更好的性能。自然，这个机制只会对您的代码产生细微的影响。

使异步IO操作得以简化。提高独立进程的伸缩性与性能的关键，最终往往归结于高效的I/O密集型操作。I/O密集型操作往往会比计算密集型操作要慢许多倍，而一个阻塞的 I/O操作会浪费有效的资源（在这里就是线程），使它们无法处理其他等待的任务。使用异步的I/O操作能够释放这些资源，让它们去处理其他任务，直到I/O操作完成。然而，一系列的异步操作需要将其“开始”及“完成”分开，这使编码难度变得很大。CCR使用特别的C#迭代器实现，使开发人员能够轻松控制此类操作。

通过“异步消息传递”机制，我们的组件通过发送数据的方式与另一个组件进行通信，更值得一提的是，数据与后续回复没有确定的临时关系。一个已发送的消息可能需要在未来某个时候才会得到处理，也只有到那个时候消息才会得到回复。

这种异步消息传递模型是大部分情况下跨进程（inter-process）计算的基础，不过与之相比，在现实应用中使用CCR来进行纯粹的进程内部（intra-process）通信往往可以得到更好的保证，不像前者在很多情况下都可能失败。因此，CCR不仅可以用于低级I/O操作，对于构建伸缩性强的分布式系统也可以提供很好的辅助。

CCR的基础类型

CCR由几种基础类型组成：

任务（Task）：任意一段用于执行的代码。

任务队列（TaskQueue）：确切地说，是“分发队列（DispatcherQueue）”。一个待执行任务的列表。一个CLR线程池或CCR线程池（即Dispatcher）的线程会从队列中取出任务并加以执行。

端口（Port）：进程内部连接各组件的消息队列。简单来说这只是个链表（linked- list），生成者在端口内放置消息。CCR提供了泛型的重载，可以提供类型安全的操作。

仲裁器（Arbiters）：CCR的基础元素，它们将端口和任务连接起来。它们定义了一些约束，用于在消息到达端口后确定需要创建的任务，以及使用哪个任务队列进行接受。 CCR中内置了多种仲裁器，其中大部分可以进行组合，以此获得更灵活的功能。

了解了这些基本概念之后，我们来看一些简单的CCR代码。首先，我们来定义一个简单的C#控制台应用程序，它会用来运行所有的示例。注意在这个程序中，我们使用了CCR自定义的线程池（Dispatcher）并与我们的任务队列绑定。这意味着队列中任务会被自定义线程池中的线程执行。

static void Main（string[] args）
{
   using （var dr = new Dispatcher（））
   {
     using （var taskQueue = new DispatcherQueue（"samples", dr）） 
     {
       // Examples will go here...

        // Need a blocking call to prevent the  application
        // exiting.

       Console.ReadLine（）;
     }
   }
}