Создание службы очередей

Служба очередей — это отличный пример длительно выполняемой службы, где рабочие элементы могут помещаться в очередь и обрабатываться последовательно по мере завершения предыдущих рабочих элементов. Опираясь на шаблон рабочей службы, вы создаете новые функциональные возможности на основе BackgroundServiceшаблона рабочей службы.

В этом руководстве описано следующее:

• Пакет SDK для .NET 8.0 или более поздней версии
• Интегрированная среда разработки .NET (IDE)
  • Можно использовать Visual Studio

Чтобы создать новый проект службы рабочей роли с помощью Visual Studio, выберите Файл>Создать>Проект. В диалоговом окне Создание нового проекта выполните поиск по запросу "служба рабочей роли" и выберите шаблон "Служба рабочей роли". Если вы предпочитаете использовать .NET CLI, откройте используемый терминал в рабочем каталоге. Выполните команду dotnet new и замените <Project.Name> именем проекта.

dotnet new worker --name <Project.Name>

Дополнительные сведения о команде .NET CLI для создания проекта службы рабочей роли см. здесь.

Возможно, вам знакомы функциональные возможности QueueBackgroundWorkItem(Func<CancellationToken,Task>) из пространства имен System.Web.Hosting.

В .NET для моделирования службы, вдохновленной функциональностью, начните с QueueBackgroundWorkItem добавления IBackgroundTaskQueue интерфейса в проект:

namespace App.QueueService;

public interface IBackgroundTaskQueue
{
    ValueTask QueueBackgroundWorkItemAsync(
        Func<CancellationToken, ValueTask> workItem);

    ValueTask<Func<CancellationToken, ValueTask>> DequeueAsync(
        CancellationToken cancellationToken);
}

Существует два метода, один из которых предоставляет функциональные возможности очереди, а другой выводит из очереди рабочие элементы, которые были добавлены в нее ранее. Рабочий элемент — Func<CancellationToken, ValueTask>. Затем добавьте в проект реализацию по умолчанию.

using System.Threading.Channels;

namespace App.QueueService;

public sealed class DefaultBackgroundTaskQueue : IBackgroundTaskQueue
{
    private readonly Channel<Func<CancellationToken, ValueTask>> _queue;

    public DefaultBackgroundTaskQueue(int capacity)
    {
        BoundedChannelOptions options = new(capacity)
        {
            FullMode = BoundedChannelFullMode.Wait
        };
        _queue = Channel.CreateBounded<Func<CancellationToken, ValueTask>>(options);
    }

    public async ValueTask QueueBackgroundWorkItemAsync(
        Func<CancellationToken, ValueTask> workItem)
    {
        ArgumentNullException.ThrowIfNull(workItem);

        await _queue.Writer.WriteAsync(workItem);
    }

    public async ValueTask<Func<CancellationToken, ValueTask>> DequeueAsync(
        CancellationToken cancellationToken)
    {
        Func<CancellationToken, ValueTask>? workItem =
            await _queue.Reader.ReadAsync(cancellationToken);

        return workItem;
    }
}

Предыдущая реализация использует в качестве очереди Channel<T>. BoundedChannelOptions(Int32) вызывается с явным значением емкости. Емкость должна быть установлена на основе ожидаемой загрузки приложения и количества параллельных потоков, обращающихся к очереди. BoundedChannelFullMode.Wait вызывает вызовы возвращать ChannelWriter<T>.WriteAsync задачу, которая завершается только после того, как пространство становится доступным. Что приводит к обратному выражению, в случае, если слишком много издателей или вызовов начинают накапливаться.

В следующем примере QueueHostedService:

• Метод ProcessTaskQueueAsync возвращает значение Task в ExecuteAsync.
• Фоновые задачи в очереди выводятся из очереди и выполняются в ProcessTaskQueueAsync:
• Рабочие элементы ожидают остановки службы через StopAsync.

Замените существующий класс Worker следующим кодом C# и переименуйте файл в QueueHostedService.cs.

namespace App.QueueService;

public sealed class QueuedHostedService(
        IBackgroundTaskQueue taskQueue,
        ILogger<QueuedHostedService> logger) : BackgroundService
{
    protected override Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        logger.LogInformation("""
            {Name} is running.
            Tap W to add a work item to the 
            background queue.
            """,
            nameof(QueuedHostedService));

        return ProcessTaskQueueAsync(stoppingToken);
    }

    private async Task ProcessTaskQueueAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        while (!stoppingToken.IsCancellationRequested)
        {
            try
            {
                Func<CancellationToken, ValueTask>? workItem =
                    await taskQueue.DequeueAsync(stoppingToken);

                await workItem(stoppingToken);
            }
            catch (OperationCanceledException)
            {
                // Prevent throwing if stoppingToken was signaled
            }
            catch (Exception ex)
            {
                logger.LogError(ex, "Error occurred executing task work item.");
            }
        }
    }

    public override async Task StopAsync(CancellationToken stoppingToken)
    {
        logger.LogInformation(
            $"{nameof(QueuedHostedService)} is stopping.");

        await base.StopAsync(stoppingToken);
    }
}

Служба MonitorLoop обрабатывает задачи постановки в очередь для размещенной службы при выборе на устройстве ввода ключа w:

• В службу MonitorLoop внедряется IBackgroundTaskQueue.
• IBackgroundTaskQueue.QueueBackgroundWorkItemAsync вызывается для постановки рабочего элемента в очередь:
• Рабочий элемент имитирует долго выполняющуюся фоновую задачу:
  • Выполняется три 5-секундных задержки Delay.
  • Оператор try-catch перехватывается OperationCanceledException, если задача отменена.

namespace App.QueueService;

public sealed class MonitorLoop(
    IBackgroundTaskQueue taskQueue,
    ILogger<MonitorLoop> logger,
    IHostApplicationLifetime applicationLifetime)
{
    private readonly CancellationToken _cancellationToken = applicationLifetime.ApplicationStopping;

    public void StartMonitorLoop()
    {
        logger.LogInformation($"{nameof(MonitorAsync)} loop is starting.");

        // Run a console user input loop in a background thread
        Task.Run(async () => await MonitorAsync());
    }

    private async ValueTask MonitorAsync()
    {
        while (!_cancellationToken.IsCancellationRequested)
        {
            var keyStroke = Console.ReadKey();
            if (keyStroke.Key == ConsoleKey.W)
            {
                // Enqueue a background work item
                await taskQueue.QueueBackgroundWorkItemAsync(BuildWorkItemAsync);
            }
        }
    }

    private async ValueTask BuildWorkItemAsync(CancellationToken token)
    {
        // Simulate three 5-second tasks to complete
        // for each enqueued work item

        int delayLoop = 0;
        var guid = Guid.NewGuid();

        logger.LogInformation("Queued work item {Guid} is starting.", guid);

        while (!token.IsCancellationRequested && delayLoop < 3)
        {
            try
            {
                await Task.Delay(TimeSpan.FromSeconds(5), token);
            }
            catch (OperationCanceledException)
            {
                // Prevent throwing if the Delay is cancelled
            }

            ++ delayLoop;

            logger.LogInformation("Queued work item {Guid} is running. {DelayLoop}/3", guid, delayLoop);
        }

        if (delayLoop is 3)
        {
            logger.LogInformation("Queued Background Task {Guid} is complete.", guid);
        }
        else
        {
            logger.LogInformation("Queued Background Task {Guid} was cancelled.", guid);
        }
    }
}

Замените существующее содержимое Program следующим кодом C#:

using App.QueueService;

HostApplicationBuilder builder = Host.CreateApplicationBuilder(args);
builder.Services.AddSingleton<MonitorLoop>();
builder.Services.AddHostedService<QueuedHostedService>();
builder.Services.AddSingleton<IBackgroundTaskQueue>(_ => 
{
    if (!int.TryParse(builder.Configuration["QueueCapacity"], out var queueCapacity))
    {
        queueCapacity = 100;
    }

    return new DefaultBackgroundTaskQueue(queueCapacity);
});

IHost host = builder.Build();

MonitorLoop monitorLoop = host.Services.GetRequiredService<MonitorLoop>()!;
monitorLoop.StartMonitorLoop();

host.Run();

Службы зарегистрированы в (Program.cs). Размещенная служба регистрируется с использованием метода расширения AddHostedService. MonitorLoop запускается в инструкции Program.cs верхнего уровня.

MonitorLoop monitorLoop = host.Services.GetRequiredService<MonitorLoop>()!;
monitorLoop.StartMonitorLoop();

Дополнительные сведения о регистрации служб см. в статье Внедрение зависимостей в .NET.

Чтобы запустить приложение из Visual Studio, нажмите клавишу F5 или выберите в меню Отладка>Начать отладку. Если вы используете .NET CLI, выполните команду dotnet run из рабочего каталога:

dotnet run

Дополнительные сведения о выполнении команды .NET CLI см. в статье dotnet run.

При появлении запроса введите w (или W) по крайней мере один раз в очередь эмулированного рабочего элемента, как показано в примере выходных данных:

info: App.QueueService.MonitorLoop[0]
      MonitorAsync loop is starting.
info: App.QueueService.QueuedHostedService[0]
      QueuedHostedService is running.

      Tap W to add a work item to the background queue.

info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Application started. Press Ctrl+C to shut down.
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Hosting environment: Development
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Content root path: .\queue-service
winfo: App.QueueService.MonitorLoop[0]
      Queued work item 8453f845-ea4a-4bcb-b26e-c76c0d89303e is starting.
info: App.QueueService.MonitorLoop[0]
      Queued work item 8453f845-ea4a-4bcb-b26e-c76c0d89303e is running. 1/3
info: App.QueueService.MonitorLoop[0]
      Queued work item 8453f845-ea4a-4bcb-b26e-c76c0d89303e is running. 2/3
info: App.QueueService.MonitorLoop[0]
      Queued work item 8453f845-ea4a-4bcb-b26e-c76c0d89303e is running. 3/3
info: App.QueueService.MonitorLoop[0]
      Queued Background Task 8453f845-ea4a-4bcb-b26e-c76c0d89303e is complete.
info: Microsoft.Hosting.Lifetime[0]
      Application is shutting down...
info: App.QueueService.QueuedHostedService[0]
      QueuedHostedService is stopping.

Если приложение запускается из Visual Studio, выберите Отладка>Остановить отладку. Кроме того, можно нажать клавиши CTRL + C в окне консоли, чтобы сообщить об отмене.

• Службы рабочей роли в .NET
• Использование служб с заданной областью в BackgroundService
• Создание службы Windows с использованием BackgroundService
• Реализация интерфейса IHostedService
• Стиль архитектуры web-Queue-Worker