Práticas recomendadas na biblioteca assíncrona de agentes
Este documento descreve como fazer uso eficiente de biblioteca de agentes assíncrono.A biblioteca de agentes promove uma programação ator- base no modelo e a mensagem em processo que passa para o fluxo de dados de alta granularidade e que canaliza tarefas.
Para obter mais informações sobre a biblioteca de agentes, consulte Biblioteca de agentes assíncrono.
Seções
Este documento contém as seções a seguir:
Use agentes para isolar o estado
Use um mecanismo de regulagem para limitar o número de mensagens em um canal de dados
Não faça o trabalho mais aguçado em um canal de dados
Não passar tanto grandes úteis de mensagens por valor
Use o shared_ptr em uma rede de dados quando a propriedade é indefinida
Use agentes para isolar o estado
A biblioteca de agentes forneça alternativas ao estado compartilhado deixando o conectar-se componentes isolados através de um mecanismo de passagem mensagem- assíncrono.Agentes assíncronos são os mais vigor quando isolam seu estado interno de outros componentes.Isolando o estado, vários componentes não atuam normalmente em dados compartilhados.Isolamento de estado pode ativar seu aplicativo para dimensionar porque reduz a conflito na memória compartilhado.Isolamento de estado também reduzem a possibilidade de bloqueio completa e as condições de corrida porque os componentes não precisam sincronizar acesso a dados compartilhados.
Normalmente você isolar o estado em um agente mantendo membros de dados nas seções de private ou de protected da classe do agente e usando buffers de mensagem para informar alterações de estado.O exemplo a seguir mostra a classe de basic_agent , que deriva de concurrency::agent.A classe de basic_agent usa dois buffers de mensagem para se comunicar com componentes externos.Um buffer de mensagem segura mensagens de entrada; o outro buffer de mensagem segura mensagens de saída.
// basic-agent.cpp
// compile with: /c /EHsc
#include <agents.h>
// An agent that uses message buffers to isolate state and communicate
// with other components.
class basic_agent : public concurrency::agent
{
public:
basic_agent(concurrency::unbounded_buffer<int>& input)
: _input(input)
{
}
// Retrives the message buffer that holds output messages.
concurrency::unbounded_buffer<int>& output()
{
return _output;
}
protected:
void run()
{
while (true)
{
// Read from the input message buffer.
int value = concurrency::receive(_input);
// TODO: Do something with the value.
int result = value;
// Write the result to the output message buffer.
concurrency::send(_output, result);
}
done();
}
private:
// Holds incoming messages.
concurrency::unbounded_buffer<int>& _input;
// Holds outgoing messages.
concurrency::unbounded_buffer<int> _output;
};
Para exemplos completos sobre como definir e usar agentes, consulte Passo a passo: Criando um aplicativo Baseado Agente- e Passo a passo: Criando um agente do fluxo de dados.
Superior[]
Use um mecanismo de regulagem para limitar o número de mensagens em um canal de dados
Muitos tipos de mensagem- buffer, como concurrency::unbounded_buffer, podem armazenar um número ilimitado de mensagens.Quando um produtor de mensagem envia mensagens para um pipeline de dados mais rápido do que o consumidor pode processar essas mensagens, o aplicativo pode entrar em um estado de memória baixa ou de para fora de memória.Você pode usar um mecanismo de estreitamento, por exemplo, um semáforo, para limitar o número de mensagens que são ativos simultaneamente em um canal de dados.
O seguinte exemplo básicas demonstra como usar um semáforo para limitar o número de mensagens em um canal de dados.O pipeline de dados usa a função de concurrency::wait para simular uma operação que tem pelo menos 100 milissegundos.Porque o remetente gera mensagens mais rápido do que o consumidor pode processar as mensagens, este exemplo define a classe de semaphore para ativar o aplicativo limitar o número de mensagens ativos.
// message-throttling.cpp
// compile with: /EHsc
#include <windows.h> // for GetTickCount()
#include <atomic>
#include <agents.h>
#include <concrt.h>
#include <concurrent_queue.h>
#include <sstream>
#include <iostream>
using namespace concurrency;
using namespace std;
// A semaphore type that uses cooperative blocking semantics.
class semaphore
{
public:
explicit semaphore(long long capacity)
: _semaphore_count(capacity)
{
}
// Acquires access to the semaphore.
void acquire()
{
// The capacity of the semaphore is exceeded when the semaphore count
// falls below zero. When this happens, add the current context to the
// back of the wait queue and block the current context.
if (--_semaphore_count < 0)
{
_waiting_contexts.push(Context::CurrentContext());
Context::Block();
}
}
// Releases access to the semaphore.
void release()
{
// If the semaphore count is negative, unblock the first waiting context.
if (++_semaphore_count <= 0)
{
// A call to acquire might have decremented the counter, but has not
// yet finished adding the context to the queue.
// Create a spin loop that waits for the context to become available.
Context* waiting = NULL;
while (!_waiting_contexts.try_pop(waiting))
{
Context::Yield();
}
// Unblock the context.
waiting->Unblock();
}
}
private:
// The semaphore count.
atomic<long long> _semaphore_count;
// A concurrency-safe queue of contexts that must wait to
// acquire the semaphore.
concurrent_queue<Context*> _waiting_contexts;
};
// A synchronization primitive that is signaled when its
// count reaches zero.
class countdown_event
{
public:
countdown_event(long long count)
: _current(count)
{
// Set the event if the initial count is zero.
if (_current == 0LL)
_event.set();
}
// Decrements the event counter.
void signal() {
if(--_current == 0LL) {
_event.set();
}
}
// Increments the event counter.
void add_count() {
if(++_current == 1LL) {
_event.reset();
}
}
// Blocks the current context until the event is set.
void wait() {
_event.wait();
}
private:
// The current count.
atomic<long long> _current;
// The event that is set when the counter reaches zero.
event _event;
// Disable copy constructor.
countdown_event(const countdown_event&);
// Disable assignment.
countdown_event const & operator=(countdown_event const&);
};
int wmain()
{
// The number of messages to send to the consumer.
const long long MessageCount = 5;
// The number of messages that can be active at the same time.
const long long ActiveMessages = 2;
// Used to compute the elapsed time.
DWORD start_time;
// Computes the elapsed time, rounded-down to the nearest
// 100 milliseconds.
auto elapsed = [&start_time] {
return (GetTickCount() - start_time)/100*100;
};
// Limits the number of active messages.
semaphore s(ActiveMessages);
// Enables the consumer message buffer to coordinate completion
// with the main application.
countdown_event e(MessageCount);
// Create a data pipeline that has three stages.
// The first stage of the pipeline prints a message.
transformer<int, int> print_message([&elapsed](int n) -> int {
wstringstream ss;
ss << elapsed() << L": received " << n << endl;
wcout << ss.str();
// Send the input to the next pipeline stage.
return n;
});
// The second stage of the pipeline simulates a
// time-consuming operation.
transformer<int, int> long_operation([](int n) -> int {
wait(100);
// Send the input to the next pipeline stage.
return n;
});
// The third stage of the pipeline releases the semaphore
// and signals to the main appliation that the message has
// been processed.
call<int> release_and_signal([&](int unused) {
// Enable the sender to send the next message.
s.release();
// Signal that the message has been processed.
e.signal();
});
// Connect the pipeline.
print_message.link_target(&long_operation);
long_operation.link_target(&release_and_signal);
// Send several messages to the pipeline.
start_time = GetTickCount();
for(auto i = 0; i < MessageCount; ++i)
{
// Acquire access to the semaphore.
s.acquire();
// Print the message to the console.
wstringstream ss;
ss << elapsed() << L": sending " << i << L"..." << endl;
wcout << ss.str();
// Send the message.
send(print_message, i);
}
// Wait for the consumer to process all messages.
e.wait();
}
/* Sample output:
0: sending 0...
0: received 0
0: sending 1...
0: received 1
100: sending 2...
100: received 2
200: sending 3...
200: received 3
300: sending 4...
300: received 4
*/
O objeto de semaphore limita a pipeline para processar ao mesmo tempo no máximo duas mensagens.
O produtor neste exemplo envia relativamente poucas mensagens para o consumidor.Como consequência, este exemplo não demonstra uma memória baixa ou uma condição de memória suficientes em potencial.No entanto, esse mecanismo é útil quando um pipeline de dados contém um número de mensagens relativamente alto.
Para obter mais informações sobre como criar o semáforo classe que é usado neste exemplo, consulte Como: Use a classe de contexto para implementar um semáforo cooperativo.
Superior[]
Não faça o trabalho mais aguçado em um canal de dados
A biblioteca de agentes é útil quando o trabalho que é executado por um pipeline de dados é bastante de alta granularidade.Por exemplo, um componente do aplicativo pode ler dados de um arquivo ou uma conexão de rede e ocasionalmente um enviar os dados para outro componente.O protocolo que a biblioteca de agentes usa para se propagar causas de mensagens o mecanismo de passagem mensagem- ter mais sobrecarga do que as compilações de paralela a tarefa que são fornecidas por Paralela à biblioteca modelos PPL ().Como consequência, certifique-se de que o trabalho que é executado por um pipeline de dados é o suficiente para deslocar essa sobrecarga.
Embora um pipeline de dados é mais eficiente quando suas tarefas são de alta granularidade, cada estágio de pipeline de dados pode usar construções de PPL como grupos de trabalho e algoritmos paralelos para executar um trabalho mais mais aguçado.Para um exemplo de uma rede de dados de alta granularidade que usa o paralelismo mais aguçado em cada estágio de processamento, consulte Passo a passo: Criando uma rede Processamento de imagens.
Superior[]
Não passar tanto grandes úteis de mensagens por valor
Em alguns casos, o tempo de execução cria uma cópia de cada mensagem que passa de um buffer de mensagem para outro buffer de mensagem.Por exemplo, a classe de concurrency::overwrite_buffer oferece uma cópia de cada mensagem que receba a cada um dos seus alvos.O runtime também cria uma cópia dos dados de mensagem quando você usa mensagem- passar funções como concurrency::send e concurrency::receive para escrever mensagens a e ler mensagens de um buffer de mensagem.Embora esse mecanismo ajudasse para eliminar o risco de simultaneamente gravar dados compartilhados, pode levar a um desempenho ruim de memória quando a carga de mensagem é relativamente grande.
Você pode usar ponteiros ou referências para melhorar o desempenho de memória quando você passa as mensagens que têm uma grande carga.O exemplo a seguir compara passar grandes mensagens pelo valor para passar ponteiros para o mesmo tipo de mensagem.O exemplo a seguir define dois tipos, producer e consumerdo, que atuam em objetos de message_data .O exemplo compara o tempo necessário para que o produtor que vários objetos de message_data consumidor para o tempo necessário para que o agente de produtor que vários ponteiros para objetos de message_data para o consumidor.
// message-payloads.cpp
// compile with: /EHsc
#include <Windows.h>
#include <agents.h>
#include <iostream>
using namespace concurrency;
using namespace std;
// Calls the provided work function and returns the number of milliseconds
// that it takes to call that function.
template <class Function>
__int64 time_call(Function&& f)
{
__int64 begin = GetTickCount();
f();
return GetTickCount() - begin;
}
// A message structure that contains large payload data.
struct message_data
{
int id;
string source;
unsigned char binary_data[32768];
};
// A basic agent that produces values.
template <typename T>
class producer : public agent
{
public:
explicit producer(ITarget<T>& target, unsigned int message_count)
: _target(target)
, _message_count(message_count)
{
}
protected:
void run();
private:
// The target buffer to write to.
ITarget<T>& _target;
// The number of messages to send.
unsigned int _message_count;
};
// Template specialization for message_data.
template <>
void producer<message_data>::run()
{
// Send a number of messages to the target buffer.
while (_message_count > 0)
{
message_data message;
message.id = _message_count;
message.source = "Application";
send(_target, message);
--_message_count;
}
// Set the agent to the finished state.
done();
}
// Template specialization for message_data*.
template <>
void producer<message_data*>::run()
{
// Send a number of messages to the target buffer.
while (_message_count > 0)
{
message_data* message = new message_data;
message->id = _message_count;
message->source = "Application";
send(_target, message);
--_message_count;
}
// Set the agent to the finished state.
done();
}
// A basic agent that consumes values.
template <typename T>
class consumer : public agent
{
public:
explicit consumer(ISource<T>& source, unsigned int message_count)
: _source(source)
, _message_count(message_count)
{
}
protected:
void run();
private:
// The source buffer to read from.
ISource<T>& _source;
// The number of messages to receive.
unsigned int _message_count;
};
// Template specialization for message_data.
template <>
void consumer<message_data>::run()
{
// Receive a number of messages from the source buffer.
while (_message_count > 0)
{
message_data message = receive(_source);
--_message_count;
// TODO: Do something with the message.
// ...
}
// Set the agent to the finished state.
done();
}
template <>
void consumer<message_data*>::run()
{
// Receive a number of messages from the source buffer.
while (_message_count > 0)
{
message_data* message = receive(_source);
--_message_count;
// TODO: Do something with the message.
// ...
// Release the memory for the message.
delete message;
}
// Set the agent to the finished state.
done();
}
int wmain()
{
// The number of values for the producer agent to send.
const unsigned int count = 10000;
__int64 elapsed;
// Run the producer and consumer agents.
// This version uses message_data as the message payload type.
wcout << L"Using message_data..." << endl;
elapsed = time_call([count] {
// A message buffer that is shared by the agents.
unbounded_buffer<message_data> buffer;
// Create and start the producer and consumer agents.
producer<message_data> prod(buffer, count);
consumer<message_data> cons(buffer, count);
prod.start();
cons.start();
// Wait for the agents to finish.
agent::wait(&prod);
agent::wait(&cons);
});
wcout << L"took " << elapsed << L"ms." << endl;
// Run the producer and consumer agents a second time.
// This version uses message_data* as the message payload type.
wcout << L"Using message_data*..." << endl;
elapsed = time_call([count] {
// A message buffer that is shared by the agents.
unbounded_buffer<message_data*> buffer;
// Create and start the producer and consumer agents.
producer<message_data*> prod(buffer, count);
consumer<message_data*> cons(buffer, count);
prod.start();
cons.start();
// Wait for the agents to finish.
agent::wait(&prod);
agent::wait(&cons);
});
wcout << L"took " << elapsed << L"ms." << endl;
}
Este exemplo produz a seguinte saída de exemplo:
A versão que usa ponteiros executa melhor porque elimina a necessidade para que o tempo de execução criar uma cópia total de cada objeto de message_data que passa de produtor para o consumidor.
Superior[]
Use o shared_ptr em uma rede de dados quando a propriedade é indefinida
Quando você envia mensagens pelo ponteiro através de um pipeline ou de uma rede mensagem- passando, você normalmente aloca memória para cada mensagem na frente de rede e libera a memória no final da rede.Embora esse mecanismo funciona bem frequentemente, há casos em que é difícil ou não possível usar o.Por exemplo, considere o caso em que a rede de dados contém vários nós de extremidade.Nesse caso, não haverá lugar certo para liberar memória para mensagens.
Para resolver esse problema, você pode usar um mecanismo, por exemplo, std::shared_ptr, que permite que um ponteiro para ser possuído por vários componentes.Quando o objeto final de shared_ptr que possui um recurso é destruído, o recurso é liberado também.
O exemplo seguinte demonstra como usar shared_ptr para compartilhar valores de ponteiro entre vários buffers de mensagem.O exemplo conecta um objeto de concurrency::overwrite_buffer a três objetos de concurrency::call .A classe oferece overwrite_buffer de mensagens para cada um dos seus alvos.Porque há vários proprietários de dados no final da rede de dados, usa shared_ptr este exemplo ativar cada objeto de call à propriedade de compartilhamento de mensagens.
// message-sharing.cpp
// compile with: /EHsc
#include <agents.h>
#include <iostream>
#include <sstream>
using namespace concurrency;
using namespace std;
// A type that holds a resource.
class resource
{
public:
resource(int id) : _id(id)
{
wcout << L"Creating resource " << _id << L"..." << endl;
}
~resource()
{
wcout << L"Destroying resource " << _id << L"..." << endl;
}
// Retrieves the identifier for the resource.
int id() const { return _id; }
// TODO: Add additional members here.
private:
// An identifier for the resource.
int _id;
// TODO: Add additional members here.
};
int wmain()
{
// A message buffer that sends messages to each of its targets.
overwrite_buffer<shared_ptr<resource>> input;
// Create three call objects that each receive resource objects
// from the input message buffer.
call<shared_ptr<resource>> receiver1(
[](shared_ptr<resource> res) {
wstringstream ss;
ss << L"receiver1: received resource " << res->id() << endl;
wcout << ss.str();
},
[](shared_ptr<resource> res) {
return res != nullptr;
}
);
call<shared_ptr<resource>> receiver2(
[](shared_ptr<resource> res) {
wstringstream ss;
ss << L"receiver2: received resource " << res->id() << endl;
wcout << ss.str();
},
[](shared_ptr<resource> res) {
return res != nullptr;
}
);
event e;
call<shared_ptr<resource>> receiver3(
[&e](shared_ptr<resource> res) {
e.set();
},
[](shared_ptr<resource> res) {
return res == nullptr;
}
);
// Connect the call objects to the input message buffer.
input.link_target(&receiver1);
input.link_target(&receiver2);
input.link_target(&receiver3);
// Send a few messages through the network.
send(input, make_shared<resource>(42));
send(input, make_shared<resource>(64));
send(input, shared_ptr<resource>(nullptr));
// Wait for the receiver that accepts the nullptr value to
// receive its message.
e.wait();
}
Este exemplo produz a seguinte saída de exemplo:
Consulte também
Tarefas
Passo a passo: Criando um aplicativo Baseado Agente-
Passo a passo: Criando um agente do fluxo de dados
Passo a passo: Criando uma rede Processamento de imagens
Conceitos
Biblioteca de agentes assíncrono
As práticas recomendadas de paralela da biblioteca
Práticas recomendadas gerais em tempo de execução de concorrência