关于线程作业

简短描述

提供有关 PowerShell 基于线程的作业的信息。线程作业是一种后台作业，它在当前会话进程内的单独线程中运行命令或表达式。

详细描述

PowerShell 通过作业同时运行命令和脚本。 PowerShell 提供了三种作业类型来支持并发。

• RemoteJob - 命令和脚本在远程会话中运行。有关信息，请参阅 about_Remote_Jobs。
• BackgroundJob - 命令和脚本在本地计算机上的单独进程中运行。有关更多信息，请参阅 about_Jobs。
• PSTaskJob 或 ThreadJob - 命令和脚本在本地计算机上同一进程内的单独线程中运行。

基于线程的作业不如远程作业和后台作业健壮，因为它们在同一进程的不同线程上运行。如果一项作业出现导致进程崩溃的严重错误，则该进程中的所有其他作业都会终止。

然而，基于线程的作业需要较少的开销。他们不使用远程处理层或序列化。结果对象作为对当前会话中活动对象的引用返回。如果没有这种开销，基于线程的作业比其他作业类型运行得更快并且使用的资源更少。

这很重要

创建作业的父会话还会监视作业状态并收集管道数据。一旦作业达到完成状态，作业子进程就会被父进程终止。如果父会话终止，所有正在运行的子作业及其子进程都会终止。

有两种方法可以解决这种情况：

1. 使用 Invoke-Command 创建在断开连接的会话中运行的作业。有关详细信息，请参阅 about_Remote_Jobs。
2. 使用 Start-Process 创建新进程而不是作业。有关详细信息，请参阅启动进程。

如何启动和管理基于线程的作业

有两种方法可以启动基于线程的作业：

• Start-ThreadJob - 来自ThreadJob模块
• ForEach-Object -Parallel -AsJob - PowerShell 7.0 中添加了并行功能

使用 about_Jobs 中描述的相同 Job cmdlet 来管理基于线程的作业。

使用Start-ThreadJob

ThreadJob 模块首先随 PowerShell 6 一起提供。它也可以从 Windows PowerShell 5.1 的 PowerShell 库中安装。

要在本地计算机上启动线程作业，请使用 Start-ThreadJob cmdlet，并将命令或脚本括在大括号 ({ }) 中。

以下示例启动一个线程作业，该作业在本地计算机上运行 Get-Process 命令。

Start-ThreadJob -ScriptBlock { Get-Process }

Start-ThreadJob 命令返回一个表示正在运行的作业的 ThreadJob 对象。作业对象包含有关作业的有用信息，包括其当前运行状态。它在生成结果时收集作业结果。

使用ForEach-Object -Parallel -AsJob

PowerShell 7.0 向 ForEach-Object cmdlet 添加了新的参数集。新参数允许您将脚本块作为 PowerShell 作业在并行线程中运行。

您可以通过管道将数据传输到 ForEach-Object -Parallel。数据被传递到并行运行的脚本块。 -AsJob 参数为每个并行线程创建作业对象。

以下命令启动一个作业，其中包含通过管道传输到该命令的每个输入值的子作业。每个子作业都运行 Write-Output 命令，并将管道输入值作为参数。

1..5 | ForEach-Object -Parallel { Write-Output $_ } -AsJob

ForEach-Object -Parallel 命令返回一个 PSTaskJob 对象，其中包含每个管道输入值的子作业。作业对象包含有关子作业运行状态的有用信息。它在生成结果时收集子作业的结果。

如何等待作业完成并检索作业结果

您可以使用 PowerShell 作业 cmdlet（例如 Wait-Job 和 Receive-Job）等待作业完成，然后返回作业生成的所有结果。

以下命令启动一个线程作业，该作业运行 Get-Process 命令，然后等待该命令完成，最后返回该命令生成的所有数据结果。

Start-ThreadJob -ScriptBlock { Get-Process } | Wait-Job | Receive-Job

以下命令启动一个作业，该作业为每个管道输入运行 Write-Output 命令，然后等待所有子作业完成，最后返回子作业生成的所有数据结果。

1..5 | ForEach-Object -Parallel { Write-Output $_ } -AsJob | Wait-Job | Receive-Job

Receive-Job cmdlet 返回子作业的结果。

1
3
2
4
5

由于每个子作业并行运行，因此无法保证生成结果的顺序。

线程作业性能

线程作业比其他类型的作业更快、更轻。但与工作正在进行的工作相比，他们的开销仍然可能很大。

PowerShell 在会话中运行命令和脚本。会话中一次只能运行一个命令或脚本。因此，当运行多个作业时，每个作业都在单独的会话中运行。每个会话都会产生开销。

当线程作业执行的工作大于用于运行作业的会话的开销时，线程作业可提供最佳性能。有两种情况符合这个标准。

• 工作是计算密集型的 - 在多个线程作业上运行脚本可以利用多个处理器核心并更快地完成。

• 工作包括大量等待 - 花费时间等待 I/O 或远程调用结果的脚本。并行运行通常比顺序运行完成得更快。

(Measure-Command {
    1..1000 | ForEach { Start-ThreadJob { Write-Output "Hello $using:_" } } | Receive-Job -Wait
}).TotalMilliseconds
36860.8226

(Measure-Command {
    1..1000 | ForEach-Object { "Hello: $_" }
}).TotalMilliseconds
7.1975

上面的第一个示例显示了一个 foreach 循环，该循环创建 1000 个线程作业来执行简单的字符串写入。由于作业开销，需要超过 36 秒才能完成。

第二个示例运行 ForEach cmdlet 来执行相同的 1000 次操作。这次，ForEach-Object 在单个线程上按顺序运行，没有任何作业开销。只需 7 毫秒即可完成。

在以下示例中，为 10 个单独的系统日志收集最多 5000 个条目。由于该脚本涉及读取大量日志，因此并行执行这些操作是有意义的。

$logNames.count
10

Measure-Command {
    $logs = $logNames | ForEach-Object {
        Get-WinEvent -LogName $_ -MaxEvents 5000 2>$null
    }
}

TotalMilliseconds : 252398.4321 (4 minutes 12 seconds)
$logs.Count
50000

当作业并行运行时，脚本的完成时间缩短了一半。

Measure-Command {
    $logs = $logNames | ForEach {
        Start-ThreadJob {
            Get-WinEvent -LogName $using:_ -MaxEvents 5000 2>$null
        } -ThrottleLimit 10
    } | Wait-Job | Receive-Job
}

TotalMilliseconds : 115994.3 (1 minute 56 seconds)
$logs.Count
50000

线程作业和变量

有多种方法可以将值传递到基于线程的作业。

Start-ThreadJob 可以接受通过管道传输到 cmdlet、通过 $using 关键字传递到脚本块或通过 ArgumentList 传递的变量参数。

$msg = "Hello"

$msg | Start-ThreadJob { $input | Write-Output } | Wait-Job | Receive-Job

Start-ThreadJob { Write-Output $using:msg } | Wait-Job | Receive-Job

Start-ThreadJob { param ([string] $message) Write-Output $message } -ArgumentList @($msg) |
  Wait-Job | Receive-Job

ForEach-Object -Parallel 接受通过管道传入的变量，以及通过 $using 关键字直接传递到脚本块的变量。

$msg = "Hello"

$msg | ForEach-Object -Parallel { Write-Output $_ } -AsJob | Wait-Job | Receive-Job

1..1 | ForEach-Object -Parallel { Write-Output $using:msg } -AsJob | Wait-Job | Receive-Job

由于线程作业在同一进程中运行，因此必须仔细处理传递到作业中的任何变量引用类型。如果它不是线程安全的对象，则永远不应该对其进行赋值，并且永远不应该在其上调用方法和属性。

以下示例将线程安全的 .NET ConcurrentDictionary 对象传递给所有子作业以收集唯一命名的进程对象。由于它是一个线程安全对象，因此当作业在进程中并发运行时可以安全地使用它。

$threadSafeDictionary = [System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary[string,object]]::new()
$jobs = Get-Process | ForEach {
    Start-ThreadJob {
        $proc = $using:_
        $dict = $using:threadSafeDictionary
        $dict.TryAdd($proc.ProcessName, $proc)
    }
}
$jobs | Wait-Job | Receive-Job

$threadSafeDictionary.Count
96

$threadSafeDictionary["pwsh"]

NPM(K)  PM(M)   WS(M) CPU(s)    Id SI ProcessName
------  -----   ----- ------    -- -- -----------
  112  108.25  124.43  69.75 16272  1 pwsh

参见

• 关于职位详情
• about_Remote_Jobs
• about_Thread_Jobs
• about_PSSessions
• about_Remote
• Get-Job
• Receive-Job
• Remove-Job
• Start-Job
• Stop-Job
• Wait-Job