并行模式库PPL应用实战（一）：使用task类创建并行任务

自 VS2010 起，微软就在 CRT 中集成了并发运行时（Concurrency Runtime），并行模式库（PPL，Parallel Patterns Library）是其中的一个重要组成部分。7 年过去了，似乎大家都不怎么Care这个事情，相关文章少少且多是蜻蜓点水。实际上这个库的设计相当精彩，胜过 C++ 标准库中 future/promise/async 系列许多，所以计划写一个系列探讨 PPL 在实际项目中应用中的各种细节。

好了，从最简单的代码开始，先演示下如何使用 task 类和 lambda 表达式创建一个并行任务：

// final_answer.cpp
// compile with: /EHsc 

#include <ppltasks.h>
#include <iostream>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    task<int> final_answer([]
    {
        return 42;
    });
    
    cout << "The final answer is: " << final_answer.get() << endl;
    
    return 0;
}

使用 Visual Studio 命令行工具编译

cl /EHsc final_answer.cpp

执行结果为：

The final answer is: 42

task 类的原型如下：

template<typename _ReturnType>
class task;

其模板参数 _ReturnType 是任务返回值类型。 task:get 方法则用于获取返回值，原型如下：

_ReturnType get() const;

task 类的构造函数原型：

template<typename T>
__declspec(noinline) explicit task(T _Param);

可以看到这是个模板函数，其参数 _Param 可以是 lambda 表达式、函数对象、仿函数、函数指针等可以以 _Param() 形式调用的类型，或者 PPL 中的 task_completion_event<result_type> 类型。因此可以使用各种灵活的方式构造 task 对象，其中 lambda 表达式无疑是最方便常用的一种。

接下来我们修改上面的程序，打印出线程 id 以便观察并行任务的执行情况。

// final_answer_1.cpp
// compile with: /EHsc 

#include <ppltasks.h>
#include <iostream>
#include <thread>

using namespace concurrency;
using namespace std;

int main(int argc, char *argv[])
{
    cout << "Major thread id is: " << this_thread::get_id() << endl;

    task<int> final_answer([]
    {
        cout << "Thread id in task is:" << this_thread::get_id() << endl;
        return 42;
    });
    
    cout << "The final answer is: " << final_answer.get() << endl;
    
    return 0;
}

继续编译执行，得到输出结果：

Major thread id is: 164824

Thread id in task is: 164824

The final answer is: 42

注意两个线程 id 是相同的，很有些意外，任务是在主线程执行的而非预计的其他后台工作线程。实际上这是 PPL 的优化策略造成的。

再修改下程序，在 task 对象构造完成后加一个 sleep 调用挂起当前线程一小段时间：

int main(int argc, char *argv[])
{
    cout << "Major thread id is: " << this_thread::get_id() << endl;

    task<int> final_answer([]
    {
        cout << "Thread id in task is:" << this_thread::get_id() << endl;
        return 42;
    });
    
    this_thread::sleep_for(chrono::milliseconds(1));

    cout << "The final answer is: " << final_answer.get() << endl;
    
    return 0;
}

这次输出结果发生了变化：

Major thread id is: 173404

Thread id in task is: 185936

The final answer is: 42

PPL 使用了一个新的线程执行并行任务，实际上 PPL 是使用了线程池来执行被调度到的任务。

而在上一个程序中，由于没有 sleep，也没有其他耗时的代码，执行到 task::get 方法时并行任务尚未被调度所以直接在当前线程执行该任务，这样就节省了两次线程切换的开销。

MSDN 中对 task::wait 方法的说明：

It is possible for wait to execute the task inline, if all of the tasks dependencies are satisfied, and it has not already been picked up for execution by a background worker.

task::get 方法的内部实现会先调用 task::wait 方法所以有同样的效果。

本章小结：

1. task 类对象构造完成后即可被调度执行；

2. 并行有可能被优化在当前线程执行；

留一个问题，如果 task 对象构造后马上析构，该并行任务是否会被调度执行呢？

本章代码使用 visual studio community 2013 编译调试通过。

本章参考文档：

How to: Create a Task that Completes After a Delay 
task Class (Concurrency Runtime)