.NET4.0并行计算技术基础（10）
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前几讲的链接：
.NET4.0并行计算技术基础（7）
.NET4.0并行计算技术基础（8）
.NET4.0并行计算技术基础（9）
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19.3.9 处理并行计算中的异常
在这一小节中，我们来探讨一下如何并行计算中的异常捕获与处理问题。
1 处理并行循环中的异常
在一个顺序执行的循环中，如果发生了一个异常，那么.NET的异常处理机制将会中止这个循环：
for(int i=0;i<1000000;i++)
{
//串行代码：如果在此处发生异常，将导致循环的提前中止。
}
并行程序通常使用数据分区的手段，让多个线程并行执行同一个大循环的不同部分（比如将上述大循环份为4部分，用4个线程并行执行），这样一来，情况就变得复杂了。
想象一下，假设在执行并行循环过程中，其中的一个线程发生了异常而终止，那么从理论上说，这意味着整个“大循环”已没有必要执行，因为继续执行下去有可能得到错误的结果。因此，必须让并行程序具备这样的一个机制：一个线程中发生的异常，应该能“传播”给其他正在工作的线程。
.NET 并行计算开发小组的工程师们在设计并行任务库时，采用了以下的设计方案：
如果正在执行并行循环中某个“子循环”的线程发生了异常，它会阻止执行自己执行后继的循环代码（直接使用.NET标准的异常处理机制即可），然后这一情况通知任务并行库，任务并行库在得到通知以后，不会再创建新的线程执行并行循环的其他“子循环”，并负责将“有一个线程已经停止执行”这一事件通报给正在执行的其他线程。
其他线程在接到此“情况通报”后，可以根据实际情况决定是“立即退出”，还是先完成一些清理工作再退出，具体时机是由软件工程师定的，他可以在设计并行循环的任务函数时，编写专门的代码来处理这一问题。
当所有执行并行循环代码的线程停止之后，任务并行库收集所有相关线程所抛出的异常，合并成为一个AggregateException异常抛出。可以在启动此并行循环操作的“主线程[1]”中捕获此异常，从而得知工作没有能顺利执行完毕。
对于那些由可能执行很长时间的子循环，为了避免因长时间等待其终止， Parallel.For和Parallel.ForEach都提供了特定的重载形式，用到了一个ParallelLoopState参数，例如：
public static ParallelLoopResult For(
int fromInclusive, int toExclusive,
Action<int, ParallelLoopState> body);
ParallelLoopState对象有一个IsExceptional属性，可以用于判断是否外部引发了一个异常，当其值为true时，表明属于同一并行循环的其他线程因为出现了未捕获的异常而终止，IsExceptional属性由任务并行库负责设置。
这就是任务并行库在不同线程间完成“情况通报”的基本方式。
示例程序HandleParallelLoopException展示了如何处理并行循环中的异常（图 19‑20）。请读者自行阅读源码。
[1] 这里所说的“主线程”，不是指应用程序中的主线程，而是指负责启动并行循环的那个线程。
2 处理并行任务中引发的异常
我们在前面介绍Parallel类时曾经指出，由此类启动的并行循环，在底层使用Task对象完成工作。因此，掌握如何处理并行任务引发的异常，更具有普遍的意义。
当某个Task对象引发了一个未被捕获的异常时，TPL会将此异常包装到一个特殊的AggregateException异常对象中。
AggregateException类的InnerExceptions属性包容了此轮并行代码中引发的所有异常。
因此，一个典型的并行程序异常处理代码框架如下：
try
{
//启动一个Task对象（取名taskObject）
taskObject.Start();
//等待其工作结束
taskObject.Wait();
}
catch (AggregateException ae)
{
//处理并行代码中的异常
foreach (Exception ex in ae.InnerExceptions)
{
Console.WriteLine("{0}:{1}",ex.GetType(),ex.Message);
}
}
情况比较复杂的是，任务是可以嵌套的。比如一个并行任务可能会创建多个子任务，而这些子任务又会创建更多的“孙子任务”，由此构成一个任务对象的树型结构。
当这棵“任务对象树”中的任何一个节点（即任务对象自身）引发了一个未捕获的异常时，TPL都会为此任务对象创建一个AggregateException对象，把前述那个未捕获的异常对象添加到创建好的AggregateException对象的InnerExceptions集合中，然后，再把这一个AggregateException对象添加到其父任务对象所关联的AggregateException对象的InnerExceptions集合中（这段话比较拗口，请读者仔细阅读）。
这样一来，任务对象的嵌套就导致了AggregateException对象的嵌套，而这种嵌套还是递归进行的，这就给编写异常处理代码带来了麻烦，你必须“下钻”到AggregateException对象树的最底层才能得到真正的异常对象，以下是访问两层“异常树”的示例代码：
catch (AggregateException ae)
{
//处理并行代码中的异常
foreach (Exception ex in ae.InnerExceptions)
{
//“下钻”一层，处理子任务引发的异常
if(ex is AggregateException)
{
foreach(Exception innerEx in ex. InnerExceptions)
{ //……(代码略) }
}
else //本任务引发的异常
Console.WriteLine("{0}:{1}",ex.GetType(),ex.Message);
}
}
为了解决需要“递归”编写异常处理的问题，AggregateException类提供了一个将多层的AggregateException对象树“展平”为一层的方法——Flatten()。使用此方法时，异常处理代码不需要遍历AggregateException对象树：
catch (AggregateException ae)
{
ae. Flatten();
//处理并行代码中的异常
foreach (Exception ex in ae.InnerExceptions)
{
//异常处理代码……
}
}
经过“展平”之后，AggregateException. InnerExceptions将只包容具体的异常对象，不再包容嵌套的AggregateException对象。
3 屏蔽掉特定的异常
在特定场景下，我们可以在任务中直接处理或忽略掉某种特定种类的异常，这时，肯定不需要将这些异常对象加入到AggregateException对象中。
AggregateException类提供了一个Handle()方法来实现这一目的。
public void Handle(
Func<Exception, bool> predicate
)
predicate参数引用一个函数，TPL会对任务所引发的每个异常都调用一次这个函数。这个函数的参数就是具体的异常对象。当此函数返回True时，表示此异常对象已经被处理过了，所以，不会被包装到AggregateException对象中。
例如，以下代码将“吃掉”DivideByZeroException异常：
catch (AggregateException ae)
{
ae.Handle((ex) =>
{
if (ex is DivideByZeroException)
return true;
else
return false;
});
throw ae;
}
4 并行任务异常处理示例
我们用一个综合的实例HandleTaskException来展示并行任务异常处理的编程技巧。
此示例项目定义了3个子任务，每个任务分别引发一种特定的异常。然后，再创建一个“父”任务，在“父”任务中启动这3个子任务。在Main()函数中捕获所有并行任务引发的异常。
请读者仔细阅读示例源码，在本节所介绍的基本原理的指导下，依据代码中的说明进行动手实验，掌握捕获并处理并行任务异常的基本编程方法。为节省篇幅，本书不再赘述示例的技术细节。
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