如何在基于 C# 的 Windows 服务中处理以不同时间间隔并行运行的多个任务？

Question

我已经有一些在 Windows 中使用线程的经验，但大部分经验来自在 C/C++ 应用程序中使用 Win32 API 函数。然而，当谈到 .NET 应用程序时，我经常不确定如何正确处理多线程。有线程、任务、TPL 和其他各种我可以用于多线程的东西，但我不知道何时使用这些选项中的哪一个。 我目前正在开发基于 C# 的 Windows 服务，该服务需要定期验证来自不同数据源的不同数据组。实现验证本身对我来说并不是一个真正的问题，但我不确定如何处理同时运行的所有验证。 我需要一个解决方案，让我可以做以下所有事情：

1. 以不同的（预定义的）间隔运行验证。
2. 从一个地方控制所有不同的验证，以便我可以在必要时暂停和/或停止它们，例如当用户停止或重新启动服务时。
3. 尽可能高效地使用系统资源以避免性能问题。

到目前为止，我只有一个类似的项目，之前我只是使用 Thread 对象结合 ManualResetEvent 和带有超时的 Thread.Join 调用来通知线程何时停止服务。这些线程中定期执行某些操作的逻辑如下所示：

while (!shutdownEvent.WaitOne(0))
{
    if (DateTime.Now > nextExecutionTime)
    {
        // Do something
        nextExecutionTime = nextExecutionTime.AddMinutes(interval);
    }

    Thread.Sleep(1000);
}

虽然这确实按预期工作，但我经常听说像这样直接使用线程被认为是“老派”甚至是一种不好的做法。我还认为这个解决方案不能非常有效地使用线程，因为它们大部分时间都在睡觉。我怎样才能以更现代和更有效的方式实现这样的目标？ 如果这个问题太模糊或基于意见，请告诉我，我会尽力使其尽可能具体。

Answer 1

问题感觉有点宽泛，但我们可以使用提供的代码并尝试改进它。

确实，现有代码的问题在于，在大多数情况下，它使线程处于阻塞状态，而没有做任何有用的事情（休眠）。此外，线程每秒唤醒一次只是为了检查间隔，并且在大多数情况下再次进入睡眠状态，因为它还不是验证时间。为什么这样做？因为如果您要睡更长的时间 - 当您发出 shutdownEvent 信号然后加入线程时，您可能会阻塞很长时间。 Thread.Sleep 不提供根据请求中断的方式。

为了解决这两个问题，我们可以使用：

1. CancellationTokenSource+CancellationToken形式的合作取消机制。

2. Task.Delay 而不是Thread.Sleep。

例如：

async Task ValidationLoop(CancellationToken ct) {
    while (!ct.IsCancellationRequested) {
        try {
            var now = DateTime.Now;
            if (now >= _nextExecutionTime) {
                // do something
                _nextExecutionTime = _nextExecutionTime.AddMinutes(1);
            }

            var waitFor = _nextExecutionTime - now;
            if (waitFor.Ticks > 0) {
                await Task.Delay(waitFor, ct);
            }
        }
        catch (OperationCanceledException) {
            // expected, just exit
            // otherwise, let it go and handle cancelled task 
            // at the caller of this method (returned task will be cancelled).
            return;
        }
        catch (Exception) {
            // either have global exception handler here
            // or expect the task returned by this method to fail
            // and handle this condition at the caller
        }
    }
}

现在我们不再持有线程，因为await Task.Delay 不这样做。相反，在指定的时间间隔之后，它将在空闲线程池线程上执行后续代码（这比这个更复杂，但我们不会在这里详细介绍）。

我们也不需要无缘无故地每秒唤醒，因为Task.Delay 接受取消令牌作为参数。当该令牌发出信号时 - Task.Delay 将立即被异常中断，这是我们所期望的并从验证循环中中断。

要停止提供的循环，您需要使用CancellationTokenSource：

private readonly CancellationTokenSource _cts = new CancellationTokenSource();

然后您将其_cts.Token 令牌传递给提供的方法。然后，当您想发出令牌信号时，只需执行以下操作：

_cts.Cancel();

为了进一步改进资源管理 - 如果您的验证代码使用任何 IO 操作（从磁盘、网络、数据库访问等读取文件） - 使用上述操作的Async 版本。然后在执行 IO 时，您将不会保留任何不必要的线程阻塞等待。

现在您不再需要自己管理线程，而是根据需要执行的任务进行操作，让框架\操作系统为您管理线程。

Answer 2

您应该使用 Microsoft 的响应式框架（又名 Rx）- NuGet System.Reactive 并添加 using System.Reactive.Linq; - 然后您可以这样做：

Subject<bool> starter = new Subject<bool>();

IObservable<Unit> query =
    starter
        .StartWith(true)
        .Select(x => x
            ? Observable.Interval(TimeSpan.FromSeconds(5.0)).SelectMany(y => Observable.Start(() => Validation()))
            : Observable.Never<Unit>())
        .Switch();
        
IDisposable subscription = query.Subscribe();

每5.0 秒触发一次Validation() 方法。

当您需要暂停和恢复时，请执行以下操作：

starter.OnNext(false);
// Now paused

starter.OnNext(true);
// Now restarted.

如果您想停止这一切，请致电subscription.Dispose()。