具有依賴關系的并行操作執行

一、問題分析

我們知道，較之串行化的操作，并行計算将多個任務同時執行，進而充分利用了資源，提高了應用的整體性能。對于多個互不相幹的操作，我們可以直接按照異步的方式執行就可以。但是，我們遇到的很多情況下是，部分操作之間具有互相依賴的關系，一個操作需要在其他依賴的操作執行完成後方可執行。 以下圖為例，每一個圓圈代表要執行的操作，操作之間的肩頭代表它們之間的依賴關系。

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我們需要一個元件，幫助我們完成這樣的工作：将相應的操作和依賴關系直接添加到一個容器中，我們的元件能夠自動分析操作之間的依賴關系，在執行的時候根據依賴編排執行順序。

二、采用并行操作執行器

使用我所提供的這樣一個并行操作執行器（ParallelExecutor），可以幫我們解決這個問題。首先對操作本身進行抽象，用以下三個屬性來描述一個并行計算場景中的操作：

 Operation ID: 操作的唯一辨別，字元類型

 Action：操作具體執行的功能，使用Action代理表示

 Depedencies：依賴操作清單

在使用ParallelExecutor對操作進行并行執行之前，我們需要通過ParallelExecutor的兩個AddOperation方法添加需要執行的操作。AddOperation定義如下。其中dependencies代表以來操作ID數組，傳回值為目前建立的操作ID。

對于上圖中的操作的依賴結構，我們通過下面的代碼将所有的操作添加到建立的ParallelExecutor之中并執行。在這裡的具體實作的操作僅僅是列印出操作的ID，以便我們清楚地知道操作執行的先後順序是否滿足依賴關系：

由于是操作的并行執行，線程排程的不确定性使每次輸出的結果各有不同。但是無論如何，需要滿足上圖中展現的依賴關系。下面是其中一種執行結果，可以看出這是合理的執行順序。

三、操作是如何被執行的

實作這樣的并行計算有很多種解決方案。不同的解決方案大都展現在對于單一的操作該如何執行上。在我們提供這個解決方案中，我按照這樣的方案來執行任意一個操作：

直接執行無依賴的操作

如果需要執行的操作并不依賴于任何一個操作（比如C2），那麼我們直接運作就好了，這沒有什麼好說的。

先執行依賴操作，通過注冊事件的方式執行被依賴的操作

如果一個操作依賴于一組操作，在執行之前注冊依賴操作的結束事件實作，被依賴操作的執行發生在某個一個依賴操作的Completed事件觸發後。具體來講，上圖中C1具有兩個以來操作B1和B2，在初始化時，C1上會有一個用于計算尚未執行的依賴操作的個數，并注冊B1和B2得操作結束事件上面。當B1和B2執行結束後，會觸發該事件。每次事件觸發，C1上的計數器将會減1，如果計數器為0，則表明所有的依賴操作執行結束，則執行C1相應的操作。

四、具體實作

現在我們來看看詳細設計和具體實作。首先通過下面的類圖看看涉及到的所有類型。其中Operation類型是最為重要的一個類型，它代表一個具體的操作。

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操作的屬性

一個操作具有如下屬性：

ID：String類型，操作的唯一辨別

Action：Action類型，操作具體是實作的功能

Dependencies：Operation數組，依賴的操作

Status：Operation枚舉，操作目前的狀态

ExecutionContext：ExecutionContext類型，用于傳遞線程執行的上下文

操作事件

目前操作執行的狀态通過OperationStatus表示，四個枚舉值分别表示被建立、正在運作、運作結束和失敗（抛出異常）。

操作還具有三個時間，分别在開始執行、結束執行和執行失敗時觸發。這三個事件名稱分别為OperationStarted、OperationCompleted和OperationFailed。

OperationStarted和OperationCompleted事件對應的參數類型為OperationEventArgs。OperationEventArgs直接繼承自EventArgs，并定義了一個Operation屬性代表對應的Operation對象。

OperationFailed的事件參數類型為OperationFailedEventArgs。繼承自OperationEventArgs，在此基礎上添加了一個Exception類型的Error屬性，表示抛出的異常。

操作初始化和事件注冊

在第三節中已經談到過了，被依賴操作的執行通過的依賴操作執行完成後觸發OperationCompleted事件的是實作。事件注冊必須在ParallelExecutor執行之前完成，在這裡我定義了一個Initialize方法，在裡面完成事件注冊工作：

操作執行

ParallelExecutor通過調用Operation的Execute方法執行相應的操作。在Execute方法中，如果是獨立的操作，則執行執行，否則異步執行依賴操作，這是一個遞歸的過程。操作的具體實作定義在DoExecute方法中。

ParallelExecutor

ParallelExecutor提供操作的添加和整體執行。添加操作實作在兩個重載的AddOperation方法中，邏輯并不複雜。當執行Execute方法對所有的操作進行并行執行的時候，需要調用Initialize方法對每個操作進行初始化。然後異步調用每個操作的Execute方法即可。

作者：蔣金楠

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