5天玩转C#并行和多线程编程 —— 第一天 认识Parallel

5天玩转C#并行和多线程编程 —— 第一天 认识Parallel

C#

 

原文： http://anneke.cn/ArticleInfo/Detial/23

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5天玩转C#并行和多线程编程 —— 第一天 认识Parallel

5天玩转C#并行和多线程编程 —— 第二天 并行集合和PLinq

5天玩转C#并行和多线程编程 —— 第三天 认识和使用Task

5天玩转C#并行和多线程编程 —— 第四天 Task进阶

5天玩转C#并行和多线程编程 —— 第五天 多线程编程大总结

5天所有的Demo：Demo

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随着多核时代的到来，并行开发越来越展示出它的强大威力！使用并行程序，充分的利用系统资源，提高程序的性能。

在.net 4.0中，微软给我们提供了一个新的命名空间：System.Threading.Tasks。这里面有很多关于并行开发的东西，今天第一篇就介绍下最基础，最简单的——认识和使用Parallel类。

一、 Parallel类(提供对并行循环和区域的支持)的使用

在Parallel类下有三个常用的方法Invoke,For,ForEach

1. Parallel.Invoke：尽可能并行执行提供的每个操作(Executes each of the provided actions, possibly in parallel)

微软官方对该方法的作用表达很明确了，就是尽可能的同时执行你提供的方法

下面来看一个例子:新建一个控制台程序

1. static void Main(string[] args)
2. {
3. #region Demo1
4.  
5. Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
6. Console.WriteLine("Normal:");
7. stopwatch.Start();
8. RunOne();
9. RunTwo();
10. stopwatch.Stop();
11. Console.WriteLine("Normal cost " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds");
12.  
13. Console.WriteLine("----------------------------");
14.  
15. Console.WriteLine("Parallel:");
16. stopwatch.Restart();
17. Parallel.Invoke(RunOne, RunTwo);
18. stopwatch.Stop();
19. Console.WriteLine("Parallel cost " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds");
20.  
21. #endregion
22. Console.ReadKey();
23. }
24. static void RunOne()
25. {
26. Thread.Sleep(2000);
27. Console.WriteLine("The RunOne cost 2 seconds.");
28. }
29. static void RunTwo()
30. {
31. Thread.Sleep(3000);
32. Console.WriteLine("The RunTwo cost 3 seconds.");
33. }

代码很简单,分别写了RunOne和RunTwo方法,等待一定的时间输出一句话,然后再main方法中用Stopwatch这个类来记录运行的总毫秒数,来比较串行和并行的运行效率

结果如下:

1. Normal:
2. The RunOne cost 2 seconds.
3. The RunTwo cost 3 seconds.
4. Normal cost 5001 milliseconds
5. ----------------------------
6. Parallel:
7. The RunOne cost 2 seconds.
8. The RunTwo cost 3 seconds.
9. Parallel cost 3010 milliseconds

应该能够猜到，正常调用的话应该是5秒多，而Parallel.Invoke方法调用用了只有3秒，也就是耗时最长的那个方法，可以看出方法是并行执行的，执行效率提高了很多。

2. Parallel.For：执行 for（在 Visual Basic 中为 For）循环，其中可能会并行运行迭代(Executes a for (For in Visual Basic) loop in which iterations may run in parallel.)

这个方法和For循环功能相似,来写个例子看一下吧,还是控制台程序

1. Stopwatch stopwatch=new Stopwatch();
2. Console.WriteLine("Normal:");
3. stopwatch.Start();
4. for (int i = 0; i < 10000; i++)
5. {
6. for (int j = 0; j < 60000; j++)
7. {
8. int sum = 0;
9. sum += i;
10. }
11. }
12. stopwatch.Stop();
13. Console.WriteLine("Normal cost " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds");
14. Console.WriteLine("----------------------------");
15.  
16. Console.WriteLine("Parallel:");
17. stopwatch.Restart();
18. Parallel.For(0, 10000, i =>
19. {
20. for (int j = 0; j < 60000; j++)
21. {
22. int sum = 0;
23. sum += i;
24. }
25. });
26. stopwatch.Stop();
27. Console.WriteLine("Parallel cost " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds");

写了两个循环，做了一些没有意义的事情，目的主要是为了消耗CPU时间，同理在main方法中调用，运行结果如下

1. Normal:
2. Normal cost 1682 milliseconds
3. ----------------------------
4. Parallel:
5. Parallel cost 575 milliseconds

可以看到，Parallel.For所用的时间比单纯的for快了1秒多，可见提升的性能是非常可观的。那么，是不是Parallel.For在任何时候都比for要快呢？答案当然是“不是”，要不然微软还留着for干嘛？

修改一下代码:

1. object o=new object();
2. long sum = 0;
3. Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
4. Console.WriteLine("Normal:");
5. stopwatch.Start();
6. for (int i = 0; i < 10000; i++)
7. {
8. for (int j = 0; j < 60000; j++)
9. {
10. //int sum = 0;
11. //sum += i;
12. sum++;
13. }
14. }
15. stopwatch.Stop();
16. Console.WriteLine("Normal cost " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds");
17. Console.WriteLine("----------------------------");
18.  
19. Console.WriteLine("Parallel:");
20. stopwatch.Restart();
21. Parallel.For(0, 10000, i =>
22. {
23. for (int j = 0; j < 60000; j++)
24. {
25. //int sum = 0;
26. //sum += i;
27. lock (o)
28. {
29. sum++;
30. }
31. }
32. });
33. stopwatch.Stop();
34. Console.WriteLine("Parallel cost " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " milliseconds");

Parallel.For由于是并行运行的，所以会同时访问全局变量num,为了得到正确的结果，要加锁,此时来看看运行结果：

1. Normal:
2. Normal cost 2549 milliseconds
3. ----------------------------
4. Parallel:
5. Parallel cost 21563 milliseconds

是不是大吃一惊啊？Parallel.For竟然用了21秒多，而for跟之前的差不多。这主要是由于并行同时访问全局变量，会出现任务的调度问题，大多数时间消耗在了任务的调度上面。

一直说并行，那么从哪里可以看出来Parallel.For是并行执行的呢？下面来写个测试代码：

1. Parallel.For(0, 100, i =>
2. {
3. Console.WriteLine(i);
4. });
5. for (int i = 0; i < 100; i++)
6. {
7. Console.WriteLine(i);
8. }

从0输出到99，运行后会发现输出的顺序不对，用for顺序肯定是对的，并行同时执行，所以会出现输出顺序不同的情况。

3. Parallel.ForEach：执行 foreach（在 Visual Basic 中为 For Each）操作，其中在 IEnumerable 上可能会并行运行迭代(Executes a foreach (For Each in Visual Basic) operation on an IEnumerable in which iterations may run in parallel.)

这个方法跟Foreach方法很相似,看看使用方法

1. List<string> myList = new List<string>();
2. Parallel.ForEach(myList, p =>
3. {
4. DoSomething(p);
5. });

二、 Parallel类中途退出循环和异常处理

1. 当我们使用到Parallel类，必然是处理一些比较耗时的操作，当然也很耗CPU和内存，如果我们中途想停止，怎么办呢？

在串行代码中我们break一下就搞定了，但是并行就不是这么简单了，不过没关系，在并行循环的委托参数中提供了一个ParallelLoopState类的实例，
该实例提供了Break和Stop方法来帮我们实现。
Break:告知 Parallel 循环应在系统方便的时候尽早停止执行当前迭代之外的迭代。
Stop:告知 Parallel 循环应在系统方便的时候尽早停止执行。
下面来写一段代码使用一下：

1. ConcurrentBag<int> bag = new ConcurrentBag<int>();
2. Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();
3.  
4. stopWatch.Start();
5. Parallel.For(0, 1000, (i, state) =>
6. {
7. if (bag.Count == 300)
8. {
9. state.Break();
10. //state.Stop();
11. return;
12. }
13. bag.Add(i);
14. });
15. stopWatch.Stop();
16. Console.WriteLine("Bag count is " + bag.Count + ", " + stopWatch.ElapsedMilliseconds);

2. 异常处理

首先任务是并行计算的，处理过程中可能会产生n多的异常，那么如何来获取到这些异常呢？普通的Exception并不能获取到异常，然而为并行诞生的AggregateExcepation就可以获取到一组异常。

1. try
2. {
3. Parallel.Invoke(RunOne, RunTwo);
4. }
5. catch (AggregateException aex)
6. {
7. foreach (var ex in aex.InnerExceptions)
8. {
9. Console.WriteLine(ex.Message