C#并行编程-Parallel

时间 2019-11-14

标签 c# 并行编程 parallel 栏目 C# 繁體版

原文原文链接

菜鸟学习并行编程，参考《C#并行编程高级教程.PDF》，若有错误，欢迎指正。html

TPL中引入了一个新命名空间System.Threading.Tasks,在该命名空间下Task是主类，表示一个类的异步的并发的操做，建立并行代码的时候不必定要直接使用Task类，在某些状况下能够直接使用Parallel静态类(System.Threading.Tasks.Parallel)下所提供的方法，而不用底层的Task实例。学习

Parallel.Invoke spa

试图将不少方法并行运行，若是传入的是4个方法，则至少须要4个逻辑内核才能足以让这4个方法并发运行，逻辑内核也称为硬件线程。pwa

须要注意的是：1.即便拥有4个逻辑内核，也不必定可以保证所须要运行的4个方法可以同时启动运行，若是其中的一个内核处于繁忙状态，那么底层的调度逻辑可能会延迟某些方法的初始化执行。

2.经过Parallel.Invoke编写的并发执行代码必定不能依赖与特定的执行顺序，由于它的并发执行顺序也是不定的。

3.使用Parallel.Invoke方法必定要测量运行结果、实现加速比以及逻辑内核的使用率，这点很重要。

4.使用Parallel.Invoke，在运行并行方法前都会产生一些额外的开销，如分配硬件线程等。

好处：这是一种并行运行不少方法的简单方式，使用Parallel.Invoke，不须要考虑任务和线程的问题。

下面贴代码：

    class Program
    {
        private static List<Product> ProductList = null;
        /*  coder:释迦苦僧
         *  没有特定的执行顺序
         *  示例中 基于电脑配置 采用了4个方法的并行编程
         *  Parallel.Invoke 首先会尝试并行启动4个方法，充分利用一个或多个物理处理器所提供的多个逻辑内核
         *  可是在实际的并行执行中，至少要有4个逻辑内核才能知足4个方法的并行运行
         *  若是有个或者多个逻辑内核处于繁忙状态，那么底层的调度逻辑可能会延迟某些方法的初始化执行
         *  经过Parallel.Invoke编写的并发执行代码必定不能依赖与特定的执行顺序，由于它的并发执行顺序也是不定的。
         */
        static void Main(string[] args)
        {
            ProductList = new List<Product>();
            Thread.Sleep(3000);
            Stopwatch swTask = new Stopwatch();
            swTask.Start();
            /*执行并行操做*/
            Parallel.Invoke(SetProcuct1_500, SetProcuct2_500, SetProcuct3_500, SetProcuct4_500);
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("500条数据 并行编程所耗时间:" + swTask.ElapsedMilliseconds);

            ProductList = new List<Product>();
            Thread.Sleep(3000);/*防止并行操做 与 顺序操做冲突*/
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            SetProcuct1_500();
            SetProcuct2_500();
            SetProcuct3_500();
            SetProcuct4_500();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("500条数据  顺序编程所耗时间:" + sw.ElapsedMilliseconds);

            ProductList = new List<Product>();
            Thread.Sleep(3000);
            swTask.Restart();
            /*执行并行操做*/
            Parallel.Invoke(() => SetProcuct1_10000(), () => SetProcuct2_10000(), () => SetProcuct3_10000(), () => SetProcuct4_10000());
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("10000条数据 并行编程所耗时间:" + swTask.ElapsedMilliseconds);

            ProductList = new List<Product>();
            Thread.Sleep(3000);
            sw.Restart();
            SetProcuct1_10000();
            SetProcuct2_10000();
            SetProcuct3_10000();
            SetProcuct4_10000();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("10000条数据 顺序编程所耗时间:" + 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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
    }

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

        public string Category { get; set; }

        public int SellPrice { get; set; }
    }

View Code

图中咱们能够看出利用 Parallel.Invoke编写的并发执行代，它的并发执行顺序也是不定的。
可是所执行的时间上比不采用并行编程所耗的时间差很少。

这是由于咱们在并行编程中操做了共享资源 ProductList ，若是我把代码作出如下修改，采用并行编程的好处就显现出来了。

    class Program
    { 
        /*  coder:释迦苦僧
         *  没有特定的执行顺序
         *  示例中 基于电脑配置 采用了4个方法的并行编程
         *  Parallel.Invoke 首先会尝试并行启动4个方法，充分利用一个或多个物理处理器所提供的多个逻辑内核
         *  可是在实际的并行执行中，至少要有4个逻辑内核才能知足4个方法的并行运行
         *  若是有个或者多个逻辑内核处于繁忙状态，那么底层的调度逻辑可能会延迟某些方法的初始化执行
         *  经过Parallel.Invoke编写的并发执行代码必定不能依赖与特定的执行顺序，由于它的并发执行顺序也是不定的。
         */
        static void Main(string[] args)
        { 
            Thread.Sleep(3000);
            Stopwatch swTask = new Stopwatch();
            swTask.Start();
            /*执行并行操做*/
            Parallel.Invoke(SetProcuct1_500, SetProcuct2_500, SetProcuct3_500, SetProcuct4_500);
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("500条数据 并行编程所耗时间:" + swTask.ElapsedMilliseconds);
             
            Thread.Sleep(3000);/*防止并行操做 与 顺序操做冲突*/
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            SetProcuct1_500();
            SetProcuct2_500();
            SetProcuct3_500();
            SetProcuct4_500();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("500条数据  顺序编程所耗时间:" + sw.ElapsedMilliseconds);
             
            Thread.Sleep(3000);
            swTask.Restart();
            /*执行并行操做*/
            Parallel.Invoke(() => SetProcuct1_10000(), () => SetProcuct2_10000(), () => SetProcuct3_10000(), () => SetProcuct4_10000());
            swTask.Stop();
            Console.WriteLine("10000条数据 并行编程所耗时间:" + swTask.ElapsedMilliseconds);
             
            Thread.Sleep(3000);
            sw.Restart();
            SetProcuct1_10000();
            SetProcuct2_10000();
            SetProcuct3_10000();
            SetProcuct4_10000();
            sw.Stop();
            Console.WriteLine("10000条数据 顺序编程所耗时间:" + 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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
        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 执行完成");
        }
    }

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

        public string Category { get; set; }

        public int SellPrice { get; set; }
    }

View Code

我将每一个方法中的资源隔离，性能显而易见。

可是在操做500条数据时，显然采用并行操做并不明智，并行所带来的损耗比较大，在实际的开发中，仍是要注意下是否有必要进行并行编程。

Parallel.For

将for循环替换成Parallel.For，并采用适合这个新方法的参数，就能够对这个已有的for循环进行重构，使其可以充分利用并行化优点。

须要注意的是：1.Parallel.For不支持浮点数的步进，使用的是Int32或Int64，每一次迭代的时候加1

2.因为循环体是并行运行，去迭代执行的顺序没法保证

下面贴代码

    class Program
    {
        /*  coder:释迦苦僧*/
        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 执行完成 耗时：{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 执行完成 耗时：{0}", sw.ElapsedMilliseconds);
        }
    }

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

        public string Category { get; set; }

        public int SellPrice { get; set; }
    }

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由图中咱们能够看出，使用Parallel.For所迭代的顺序是没法保证的。

Parallel.ForEach

Parallel.ForEach提供一个并行处理一组数据的机制，能够利用一个范围的整数做为一组数据，而后经过一个自定义的分区器将这个范围转换为一组数据块，每一块数据都经过循环的方式进行处理，而这些循环式并行执行的。

下面贴代码：

    class Program
    {
        /*  coder:释迦苦僧*/
        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该实例提供了如下两个方法用于中止 Parallel.For，Parallel.ForEach

Break-这个方法告诉并行循环应该在执行了当前迭代后尽快地中止执行。吐过调用Break时正在处理迭代100，那么循环仍然会处理全部小于100的迭代。

Stop-这个方法告诉并行循环应该尽快中止执行，若是调用Stop时迭代100正在被处理，那么循环没法保证处理完全部小于100的迭代

下面贴代码

    class Program
    {
        /*  coder:释迦苦僧*/
        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
                {
                    /* 知足条件后 尽快中止执行，没法保证小于100的索引数据所有输出*/
                    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
                {
                    /* 知足条件后 尽快中止执行，保证小于100的索引数据所有输出*/
                    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
                {
                    /* 知足条件后 尽快中止执行，没法保证知足条件的数据所有输出*/
                    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
                {
                    /* 知足条件后 尽快中止执行，保证知足条件的数据所有输出*/
                    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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由图中能够看出Break能够保证输出知足全部条件的数据，而Stop则没法保证。

关于 Parallel 类提供的 Parallel.Invoke ，Parallel.For，Parallel.ForEach 的简介入门到这，若有错误欢迎指正

做者：释迦苦僧出处：http://www.cnblogs.com/woxpp/p/3925094.html本文版权归做者和博客园共有，欢迎转载，但未经做者赞成必须保留此段声明，且在文章页面明显位置给出原文链接。

C#并行编程-Parallel

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