面试八股文：你写过自定义任务调度器吗？

最近入职了新公司，尝试阅读祖传代码，记录并更新最近的编程认知。
思绪由Q1引发，后续Q2、Q3基于Q1的发散探究。

Q1. Task.Run、Task.Factory.StartNew 的区别？

我们常使用`Task.Run`和`Task.Factory.StartNew`创建并启动任务，但是他们的区别在哪里？在哪种场景下使用前后者？

Task.Factory.StartNew于.NET Framework 4.0时代引入，衍生到.netcore,.net8

Task.Factory.StartNew：通过TaskCreationOptions、TaskScheduler参数提供了精细化控制任务调度的能力。

精细化控制的的背景是：
比如：一个长时间运行的任务，如果由线程池线程执行，可能滥用线程池线程（因为线程池线程数量有限，一般处理快&短的任务），这个时候最好在独立线程中执行这个任务。
对于这样的任务就可以： Task.Factory.StartNew(..., TaskCreationOptions.LongRunning);

Task.Run方法于.netframework 4.5时代引入，衍生到现在。

官方引入Task.Run并不是为废弃Task.Factory， 而是因为Task.Run提供了一种简写,或者说是Task.Run是Task.Factory.StartNew的一个特例，Task.Run 只是提供了一个无参、默认的任务创建和调度方式。
当你在Task.Run传递委托 Task.Run(someAction);
实际上等价于Task.Factory.StartNew(someAction, CancellationToken.None, TaskCreationOptions.DenyChildAttach, TaskScheduler.Default);

---

源码验证：

        /// <summary>
        /// Queues the specified work to run on the ThreadPool and returns a Task handle for that work.
        /// </summary>
        /// <param name="action">The work to execute asynchronously</param>
        /// <returns>A Task that represents the work queued to execute in the ThreadPool.</returns>
        /// <exception cref="T:System.ArgumentNullException">
        /// The <paramref name="action"/> parameter was null.
        /// </exception>
        [MethodImplAttribute(MethodImplOptions.NoInlining)] // Methods containing StackCrawlMark local var have to be marked non-inlineable            
        public static Task Run(Action action)
        {
            StackCrawlMark stackMark = StackCrawlMark.LookForMyCaller;
            return Task.InternalStartNew(null, action, null, default(CancellationToken), TaskScheduler.Default,
                TaskCreationOptions.DenyChildAttach, InternalTaskOptions.None, ref stackMark);
        }
     // Implicitly converts action to object and handles the meat of the StartNew() logic.
        internal static Task InternalStartNew(
            Task creatingTask, Delegate action, object state, CancellationToken cancellationToken, TaskScheduler scheduler,
            TaskCreationOptions options, InternalTaskOptions internalOptions, ref StackCrawlMark stackMark)
        {
            // Validate arguments.
            if (scheduler == null)
            {
                throw new ArgumentNullException("scheduler");
            }
            Contract.EndContractBlock();

            // Create and schedule the task. This throws an InvalidOperationException if already shut down.
            // Here we add the InternalTaskOptions.QueuedByRuntime to the internalOptions, so that TaskConstructorCore can skip the cancellation token registration
            Task t = new Task(action, state, creatingTask, cancellationToken, options, internalOptions | InternalTaskOptions.QueuedByRuntime, scheduler);
            t.PossiblyCaptureContext(ref stackMark);

            t.ScheduleAndStart(false);
            return t;
        }
    

仅此无他。

另外 Task.Run 和Task.Factory.StartNew创建的任务大部分时候会利用线程池任务调度器ThreadPoolTaskScheduler。

   // [github: TaskScheduler](https://github.com/dotnet/coreclr/blob/master/src/System.Private.CoreLib/shared/System/Threading/Tasks/TaskScheduler.cs) 251行显示`TaskSchedule.Dafult`确实是线程池任务调度器。  
   // An AppDomain-wide default manager.
   private static readonly TaskScheduler s_defaultTaskScheduler = new ThreadPoolTaskScheduler();

thread/task, threadpool taskscheduler 的关系？

Q2. 既然说到Task.Run使用线程池线程，线程池线程有哪些特征？ 为什么有自定义任务调度器一说?

线程池线程的特征：
① 池中线程都是后台线程
② 线程可重用，一旦线程池中的线程完成任务，将返回到等待线程队列中， 避免了创建线程的开销
③ 池中预热了工作者线程、IO线程，

• 线程池最大线程数：线程池线程都忙碌，后续任务将排队等待空闲线程；
• 最小值：线程池根据需要提供 工作线程/IO完成线程， 直到达到某最小值； 达到某最小值，线程池可以创建或者等待。

我启动一个脚手架项目： 默认最大工作者线程32767，最大IO线程1000 ; 默认最小工作线程数、最小IO线程数均为8个

github: ThreadPoolTaskScheduler 显示线程池任务调度器是这样调度任务的：

/// <summary>
/// Schedules a task to the ThreadPool.
/// </summary>
/// <param name="task">The task to schedule.</param>
protected internal override void QueueTask(Task task)
{
     TaskCreationOptions options = task.Options;
     if ((options & TaskCreationOptions.LongRunning) != 0)
     {
          // Run LongRunning tasks on their own dedicated thread.
          Thread thread = new Thread(s_longRunningThreadWork);
          thread.IsBackground = true; // Keep this thread from blocking process shutdown
          thread.Start(task);
    }
    else
    {
         // Normal handling for non-LongRunning tasks.
        bool preferLocal = ((options & TaskCreationOptions.PreferFairness) == 0);
        ThreadPool.UnsafeQueueUserWorkItemInternal(task, preferLocal);
    }
}

请注意8-14行：若上层使用者将LongRunning任务应用到默认的任务调度器(也即线程池任务调度器)，线程池任务调度器会有一个兜底方案，会将任务放在独立线程上执行。

何时不使用线程池线程

有几种应用场景，其中适合创建并管理自己的线程，而非使用线程池线程：

• 需要一个前台线程。
• 需要具有特定优先级的线程。
• 拥有会导致线程长时间阻塞的任务。 线程池具有最大线程数，因此大量被阻塞的线程池线程可能会阻止任务启动。
• 需将线程放入单线程单元。 所有 ThreadPool 线程均位于多线程单元中。
• 需具有与线程关联的稳定标识，或需将一个线程专用于一项任务。

Q3. 既然要自定义任务调度器，那我们就来自定义一下？

实现TaskScheduler 抽象类，其中的抓手是调度，也就是 QueueTask 方法，之后你自由定义数据结构， 从数据结构中调度出线程来执行任务。

public sealed class CustomTaskScheduler : TaskScheduler, IDisposable
    {
        private BlockingCollection<Task> tasksCollection = new BlockingCollection<Task>();
        private readonly Thread mainThread = null;
        public CustomTaskScheduler()
        {
            mainThread = new Thread(new ThreadStart(Execute));
            if (!mainThread.IsAlive)
            {
                mainThread.Start();
            }
        }
        private void Execute()
        {
            foreach (var task in tasksCollection.GetConsumingEnumerable())
            {
                TryExecuteTask(task);
            }
        }
        protected override IEnumerable<Task> GetScheduledTasks()
        {
            return tasksCollection.ToArray();
        }
        protected override void QueueTask(Task task)
        {
            if (task != null)
                tasksCollection.Add(task);           
        }
        protected override bool TryExecuteTaskInline(Task task, bool taskWasPreviouslyQueued)
        {
            return false;
        }
        private void Dispose(bool disposing)
        {
            if (!disposing) return;
            tasksCollection.CompleteAdding();
            tasksCollection.Dispose();
        }
        public void Dispose()
        {
            Dispose(true);
            GC.SuppressFinalize(this);
        }
    }

应用我们的自定义任务调度器：

CustomTaskScheduler taskScheduler = new CustomTaskScheduler();
Task.Factory.StartNew(() => SomeMethod(), CancellationToken.None, TaskCreationOptions.None, taskScheduler);

文末总结

1. Task.Run提供了创建任务的默认方式，是Task.Factory.StartNew的特例， 两者大部分时候是利用线程池执行任务。
2. 线程池任务调度器对长时间运行的任务 做了兜底方案。
3. 自定义任务调度器。