C#並行編程-Parallel

本文轉載自查看原文 2014-08-21 11:17 21046 Parallel.Invoke/ Parallel.ForEach/ .NET/ Parallel.For

菜鳥學習並行編程，參考《C#並行編程高級教程.PDF》，如有錯誤，歡迎指正。

TPL中引入了一個新命名空間System.Threading.Tasks,在該命名空間下Task是主類，表示一個類的異步的並發的操作，創建並行代碼的時候不一定要直接使用Task類，在某些情況下可以直接使用Parallel靜態類(System.Threading.Tasks.Parallel)下所提供的方法，而不用底層的Task實例。

Parallel.Invoke

試圖將很多方法並行運行，如果傳入的是4個方法，則至少需要4個邏輯內核才能足以讓這4個方法並發運行，邏輯內核也稱為硬件線程。

需要注意的是：1.即使擁有4個邏輯內核，也不一定能夠保證所需要運行的4個方法能夠同時啟動運行，如果其中的一個內核處於繁忙狀態，那么底層的調度邏輯可能會延遲某些方法的初始化執行。

2.通過Parallel.Invoke編寫的並發執行代碼一定不能依賴與特定的執行順序，因為它的並發執行順序也是不定的。

3.使用Parallel.Invoke方法一定要測量運行結果、實現加速比以及邏輯內核的使用率，這點很重要。

4.使用Parallel.Invoke，在運行並行方法前都會產生一些額外的開銷，如分配硬件線程等。

好處：這是一種並行運行很多方法的簡單方式，使用Parallel.Invoke，不需要考慮任務和線程的問題。

下面貼代碼：

    class Program
    {
        private static List<Product> ProductList = null;
        /*  coder:釋迦苦僧
         *  沒有特定的執行順序
         *  示例中 基於電腦配置 采用了4個方法的並行編程
         *  Parallel.Invoke 首先會嘗試並行啟動4個方法，充分利用一個或多個物理處理器所提供的多個邏輯內核
         *  但是在實際的並行執行中，至少要有4個邏輯內核才能滿足4個方法的並行運行
         *  如果有個或者多個邏輯內核處於繁忙狀態，那么底層的調度邏輯可能會延遲某些方法的初始化執行
         *  通過Parallel.Invoke編寫的並發執行代碼一定不能依賴與特定的執行順序，因為它的並發執行順序也是不定的。
         */
        static void Main(string[] args)
        {
            ProductList = new List<Product>();
            Thread.Sleep(3000);
            Stopwatch swTask = new Stopwatch();
            swTask.Start();
            /*執行並行操作*/
            Parallel.Invoke(SetProcuct1_500, SetProcuct2_500, SetProcuct3_500, SetProcuct4_500);
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("500條數據 並行編程所耗時間:" + swTask.ElapsedMilliseconds);

            ProductList = new List<Product>();
            Thread.Sleep(3000);/*防止並行操作 與 順序操作沖突*/
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            SetProcuct1_500();
            SetProcuct2_500();
            SetProcuct3_500();
            SetProcuct4_500();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("500條數據  順序編程所耗時間:" + sw.ElapsedMilliseconds);

            ProductList = new List<Product>();
            Thread.Sleep(3000);
            swTask.Restart();
            /*執行並行操作*/
            Parallel.Invoke(() => SetProcuct1_10000(), () => SetProcuct2_10000(), () => SetProcuct3_10000(), () => SetProcuct4_10000());
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("10000條數據 並行編程所耗時間:" + swTask.ElapsedMilliseconds);

            ProductList = new List<Product>();
            Thread.Sleep(3000);
            sw.Restart();
            SetProcuct1_10000();
            SetProcuct2_10000();
            SetProcuct3_10000();
            SetProcuct4_10000();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("10000條數據 順序編程所耗時間:" + sw.ElapsedMilliseconds);

            Console.ReadLine();
        }
        private static void SetProcuct1_500()
        {
            for (int index = 1; index < 500; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct1 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct2_500()
        {
            for (int index = 500; index < 1000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct2 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct3_500()
        {
            for (int index = 1000; index < 2000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct3 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct4_500()
        {
            for (int index = 2000; index < 3000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct4 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct1_10000()
        {
            for (int index = 1; index < 20000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct1 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct2_10000()
        {
            for (int index = 20000; index < 40000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct2 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct3_10000()
        {
            for (int index = 40000; index < 60000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct3 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct4_10000()
        {
            for (int index = 60000; index < 80000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct4 執行完成");
        }
    }

    class Product
    {
        public string Name { get; set; }

        public string Category { get; set; }

        public int SellPrice { get; set; }
    }

View Code

圖中我們可以看出利用 Parallel.Invoke編寫的並發執行代，它的並發執行順序也是不定的。
但是所執行的時間上比不采用並行編程所耗的時間差不多。

這是因為我們在並行編程中操作了共享資源 ProductList ，如果我把代碼做出以下修改，采用並行編程的好處就顯現出來了。

    class Program
    { 
        /*  coder:釋迦苦僧
         *  沒有特定的執行順序
         *  示例中 基於電腦配置 采用了4個方法的並行編程
         *  Parallel.Invoke 首先會嘗試並行啟動4個方法，充分利用一個或多個物理處理器所提供的多個邏輯內核
         *  但是在實際的並行執行中，至少要有4個邏輯內核才能滿足4個方法的並行運行
         *  如果有個或者多個邏輯內核處於繁忙狀態，那么底層的調度邏輯可能會延遲某些方法的初始化執行
         *  通過Parallel.Invoke編寫的並發執行代碼一定不能依賴與特定的執行順序，因為它的並發執行順序也是不定的。
         */
        static void Main(string[] args)
        { 
            Thread.Sleep(3000);
            Stopwatch swTask = new Stopwatch();
            swTask.Start();
            /*執行並行操作*/
            Parallel.Invoke(SetProcuct1_500, SetProcuct2_500, SetProcuct3_500, SetProcuct4_500);
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("500條數據 並行編程所耗時間:" + swTask.ElapsedMilliseconds);
             
            Thread.Sleep(3000);/*防止並行操作 與 順序操作沖突*/
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            SetProcuct1_500();
            SetProcuct2_500();
            SetProcuct3_500();
            SetProcuct4_500();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("500條數據  順序編程所耗時間:" + sw.ElapsedMilliseconds);
             
            Thread.Sleep(3000);
            swTask.Restart();
            /*執行並行操作*/
            Parallel.Invoke(() => SetProcuct1_10000(), () => SetProcuct2_10000(), () => SetProcuct3_10000(), () => SetProcuct4_10000());
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("10000條數據 並行編程所耗時間:" + swTask.ElapsedMilliseconds);
             
            Thread.Sleep(3000);
            sw.Restart();
            SetProcuct1_10000();
            SetProcuct2_10000();
            SetProcuct3_10000();
            SetProcuct4_10000();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("10000條數據 順序編程所耗時間:" + sw.ElapsedMilliseconds);

            Console.ReadLine();
        }
        private static void SetProcuct1_500()
        {
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 1; index < 500; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct1 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct2_500()
        {
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 500; index < 1000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct2 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct3_500()
        {
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 1000; index < 2000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct3 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct4_500()
        {
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 2000; index < 3000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct4 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct1_10000()
        {
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 1; index < 20000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct1 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct2_10000()
        {
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 20000; index < 40000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct2 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct3_10000()
        {
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 40000; index < 60000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct3 執行完成");
        }
        private static void SetProcuct4_10000()
        {
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 60000; index < 80000; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
            }
            Console.WriteLine("SetProcuct4 執行完成");
        }
    }

    class Product
    {
        public string Name { get; set; }

        public string Category { get; set; }

        public int SellPrice { get; set; }
    }

View Code

我將每個方法中的資源隔離，性能顯而易見。

但是在操作500條數據時，顯然采用並行操作並不明智，並行所帶來的損耗比較大，在實際的開發中，還是要注意下是否有必要進行並行編程。

Parallel.For

將for循環替換成Parallel.For，並采用適合這個新方法的參數，就可以對這個已有的for循環進行重構，使其能夠充分利用並行化優勢。

需要注意的是：1.Parallel.For不支持浮點數的步進，使用的是Int32或Int64，每一次迭代的時候加1

2.由於循環體是並行運行，去迭代執行的順序無法保證

下面貼代碼

    class Program
    {
        /*  coder:釋迦苦僧*/
        static void Main(string[] args)
        {
            Thread.Sleep(3000);
            ForSetProcuct_100();

            Thread.Sleep(3000);
            ParallelForSetProcuct_100();
            Console.ReadLine();
        }
        private static void ForSetProcuct_100()
        {
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            for (int index = 1; index < 100; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
                Console.WriteLine("for SetProcuct index: {0}", index);
            }
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("for SetProcuct 10 執行完成 耗時：{0}", sw.ElapsedMilliseconds);
        }
        private static void ParallelForSetProcuct_100()
        {
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            List<Product> ProductList = new List<Product>();
            Parallel.For(1, 100, index =>
            {

                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                ProductList.Add(model);
                Console.WriteLine("ForSetProcuct SetProcuct index: {0}", index);
            });
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("ForSetProcuct SetProcuct 20000 執行完成 耗時：{0}", sw.ElapsedMilliseconds);
        }
    }

    class Product
    {
        public string Name { get; set; }

        public string Category { get; set; }

        public int SellPrice { get; set; }
    }

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由圖中我們可以看出，使用Parallel.For所迭代的順序是無法保證的。

Parallel.ForEach

Parallel.ForEach提供一個並行處理一組數據的機制，可以利用一個范圍的整數作為一組數據，然后通過一個自定義的分區器將這個范圍轉換為一組數據塊，每一塊數據都通過循環的方式進行處理，而這些循環式並行執行的。

下面貼代碼：

    class Program
    {
        /*  coder:釋迦苦僧*/
        static void Main(string[] args)
        {
            List<Product> ProductList =GetProcuctList();
            Parallel.ForEach(ProductList, (model) => {
                Console.WriteLine(model.Name);
            });
            Console.ReadLine();
        }
        private static List<Product> GetProcuctList()
        { 
            List<Product> result = new List<Product>();
            for (int index = 1; index < 100; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                result.Add(model);
            }
            return result;
        } 
    }

    class Product
    {
        public string Name { get; set; }

        public string Category { get; set; }

        public int SellPrice { get; set; }
    }

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ParallelLoopState

ParallelLoopState該實例提供了以下兩個方法用於停止 Parallel.For，Parallel.ForEach

Break-這個方法告訴並行循環應該在執行了當前迭代后盡快地停止執行。吐過調用Break時正在處理迭代100，那么循環仍然會處理所有小於100的迭代。

Stop-這個方法告訴並行循環應該盡快停止執行，如果調用Stop時迭代100正在被處理，那么循環無法保證處理完所有小於100的迭代

下面貼代碼

    class Program
    {
        /*  coder:釋迦苦僧*/
        static void Main(string[] args)
        {
            
            List<Product> productList = GetProcuctList_500();
            Thread.Sleep(3000);
            Parallel.For(0, productList.Count, (i, loopState) =>
            {
                if (i < 100)
                {
                    Console.WriteLine("采用Stop index:{0}", i);
                }
                else
                {
                    /* 滿足條件后 盡快停止執行，無法保證小於100的索引數據全部輸出*/
                    loopState.Stop();
                    return;
                }
            });
     
            Thread.Sleep(3000);
            Parallel.For(0, productList.Count, (i, loopState) =>
            {
                if (i < 100)
                {
                    Console.WriteLine("采用Break index:{0}", i);
                }
                else
                {
                    /* 滿足條件后 盡快停止執行，保證小於100的索引數據全部輸出*/
                    loopState.Break();
                    return;
                }
            });

            Thread.Sleep(3000);
            Parallel.ForEach(productList, (model, loopState) =>
            {
                if (model.SellPrice < 10)
                {
                    Console.WriteLine("采用Stop index:{0}", model.SellPrice);
                }
                else
                {
                    /* 滿足條件后 盡快停止執行，無法保證滿足條件的數據全部輸出*/
                    loopState.Stop();
                    return;
                }
            });
            Thread.Sleep(3000);
            Parallel.ForEach(productList, (model, loopState) =>
            {
                if (model.SellPrice < 10)
                {
                    Console.WriteLine("采用Break index:{0}", model.SellPrice);
                }
                else
                {
                    /* 滿足條件后 盡快停止執行，保證滿足條件的數據全部輸出*/
                    loopState.Break();
                    return;
                }
            });

            Console.ReadLine();
        }
        private static List<Product> GetProcuctList_500()
        {
            List<Product> result = new List<Product>();
            for (int index = 1; index < 500; index++)
            {
                Product model = new Product();
                model.Category = "Category" + index;
                model.Name = "Name" + index;
                model.SellPrice = index;
                result.Add(model);
            }
            return result;
        }
    }

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由圖中可以看出Break可以保證輸出滿足所有條件的數據，而Stop則無法保證。

關於 Parallel 類提供的 Parallel.Invoke ，Parallel.For，Parallel.ForEach 的簡介入門到這，如有錯誤歡迎指正

作者：釋迦苦僧出處：http://www.cnblogs.com/woxpp/p/3925094.html
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