C#並行-第一天-Parallel

阿新 • • 發佈：2018-12-12

隨著多核時代的到來，並行開發越來越展示出它的強大威力！使用並行程式，充分的利用系統資源，提高程式的效能。在.net 4.0中，微軟給我們提供了一個新的名稱空間：System.Threading.Tasks。這裡面有很多關於並行開發的東西，今天第一篇就介紹下最基礎，最簡單的——認識和使用Parallel。

一、 Parallel的使用

在Parallel下面有三個常用的方法invoke,For和ForEach。

1、 Parallel.Invoke

這是最簡單，最簡潔的將序列的程式碼並行化。

在這裡先講一個知識點，就是StopWatch的使用，最近有一些人說找不到StopWatch，StopWatch到底是什麼東西，今天就來說明一下。

StopWatch在System.Diagnostics命名控制元件，要使用它就要先引用這個名稱空間。

其使用方法如下：

var stopWatch = new StopWatch(); //建立一個Stopwatch例項

stopWatch.Start(); //開始計時

stopWatch.Stop(); //停止計時

stopWatch.Reset(); //重置StopWatch

stopWatch.Restart(); //重新啟動被停止的StopWatch

stopWatch.ElapsedMilliseconds //獲取stopWatch從開始到現在的時間差，單位是毫秒

本次用到的就這麼多知識點，想了解更多關於StopWatch的，去百度一下吧，網上有很多資料。

下面進入整體，開始介紹Parallel.Invoke方法，廢話不多說了，首先新建一個控制檯程式，新增一個類，程式碼如下：

 public class ParallelDemo
      {
         private Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();
     </span><span style="color:#0000ff;">public</span> <span style="color:#0000ff;">void</span><span style="color:#000000;"> Run1()
     {
        Thread.Sleep(</span><span style="color:#800080;">2000</span><span style="color:#000000;">);
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Task 1 is cost 2 sec</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
     }
     </span><span style="color:#0000ff;">public</span> <span style="color:#0000ff;">void</span><span style="color:#000000;"> Run2()
     {
        Thread.Sleep(</span><span style="color:#800080;">3000</span><span style="color:#000000;">);
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Task 2 is cost 3 sec</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
     }

     </span><span style="color:#0000ff;">public</span> <span style="color:#0000ff;">void</span><span style="color:#000000;"> ParallelInvokeMethod()
     {
        stopWatch.Start();</span><span style="color:#000000;">
        Parallel.Invoke(Run1, Run2);</span><span style="color:#000000;">
        stopWatch.Stop();
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Parallel run </span><span style="color:#800000;">"</span> + stopWatch.ElapsedMilliseconds + <span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;"> ms.</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
        
        stopWatch.Restart();
        Run1();
        Run2();
        stopWatch.Stop();
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Normal run </span><span style="color:#800000;">"</span> + stopWatch.ElapsedMilliseconds + <span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;"> ms.</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
     }

｝

程式碼很簡單，首先新加一個類，在類中寫了兩個方法，Run1和Run2，分別等待一定時間，輸出一條資訊，然後寫了一個測試方法ParallelInvokeMethod，分別用兩種方法呼叫Run1和Run2，然後在main方法中呼叫，下面來看一下執行時間如何：

　　大家應該能夠猜到，正常呼叫的話應該是5秒多，而Parallel.Invoke方法呼叫用了只有3秒，也就是耗時最長的那個方法，可以看出方法是並行執行的，執行效率提高了很多。

2、Parallel.For

這個方法和For迴圈的功能相似，下面就在類中新增一個方法來測試一下吧。程式碼如下：

public void ParallelForMethod()
     {
            stopWatch.Start();
            for (int i = 0; i < 10000; i++)
            {
               for (int j = 0; j < 60000; j++)
               {
                  int sum = 0;
                  sum += i;
               }
            }
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("NormalFor run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");
        stopWatch.Reset();
        stopWatch.Start();
        Parallel.For(</span><span style="color:#800080;">0</span>, <span style="color:#800080;">10000</span>, item =&gt;<span style="color:#000000;">
        {</span>
           <span style="color:#0000ff;">for</span> (<span style="color:#0000ff;">int</span> j = <span style="color:#800080;">0</span>; j &lt; <span style="color:#800080;">60000</span>; j++<span style="color:#000000;">)
           {
              </span><span style="color:#0000ff;">int</span> sum = <span style="color:#800080;">0</span><span style="color:#000000;">;
              sum </span>+=<span style="color:#000000;"> item;
           }
        });
        stopWatch.Stop();
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">ParallelFor run </span><span style="color:#800000;">"</span> + stopWatch.ElapsedMilliseconds + <span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;"> ms.</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
       
 }</span></pre>

寫了兩個迴圈，做了一些沒有意義的事情，目的主要是為了消耗CPU時間，同理在main方法中呼叫，執行結果如下圖：

可以看到，Parallel.For所用的時間比單純的for快了1秒多，可見提升的效能是非常可觀的。那麼，是不是Parallel.For在任何時候都比for要快呢？答案當然是“不是”，要不然微軟還留著for幹嘛？

下面修改一下程式碼，新增一個全域性變數num，程式碼如下：

public void ParallelForMethod()
         {
            var obj = new Object();
            long num = 0;
            ConcurrentBag<long> bag = new ConcurrentBag<long>();
        stopWatch.Start();
        </span><span style="color:#0000ff;">for</span> (<span style="color:#0000ff;">int</span> i = <span style="color:#800080;">0</span>; i &lt; <span style="color:#800080;">10000</span>; i++<span style="color:#000000;">)
        {
           </span><span style="color:#0000ff;">for</span> (<span style="color:#0000ff;">int</span> j = <span style="color:#800080;">0</span>; j &lt; <span style="color:#800080;">60000</span>; j++<span style="color:#000000;">)
           {
              </span><span style="color:#008000;">//</span><span style="color:#008000;">int sum = 0;
              </span><span style="color:#008000;">//</span><span style="color:#008000;">sum += item;</span>
              num++<span style="color:#000000;">;
           }
        }
        stopWatch.Stop();
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">NormalFor run </span><span style="color:#800000;">"</span> + stopWatch.ElapsedMilliseconds + <span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;"> ms.</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);

        stopWatch.Reset();
        stopWatch.Start();
        Parallel.For(</span><span style="color:#800080;">0</span>, <span style="color:#800080;">10000</span>, item =&gt;<span style="color:#000000;">
        {
           </span><span style="color:#0000ff;">for</span> (<span style="color:#0000ff;">int</span> j = <span style="color:#800080;">0</span>; j &lt; <span style="color:#800080;">60000</span>; j++<span style="color:#000000;">)
           {
              </span><span style="color:#008000;">//</span><span style="color:#008000;">int sum = 0;
              </span><span style="color:#008000;">//</span><span style="color:#008000;">sum += item;</span>
              <span style="color:#0000ff;">lock</span><span style="color:#000000;"> (obj)
              {
                 num</span>++<span style="color:#000000;">;
              }
           }
        });
        stopWatch.Stop();
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">ParallelFor run </span><span style="color:#800000;">"</span> + stopWatch.ElapsedMilliseconds + <span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;"> ms.</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
       
     }</span></pre>

Parallel.For由於是並行執行的，所以會同時訪問全域性變數num,為了得到正確的結果，要使用lock,此時來看看執行結果：

　　是不是大吃一驚啊？Parallel.For竟然用了15秒多，而for跟之前的差不多。這主要是由於並行同時訪問全域性變數，會出現資源爭奪，大多數時間消耗在了資源等待上面。

一直說並行，那麼從哪裡可以看出來Parallel.For是並行執行的呢？下面來寫個測試程式碼：

Parallel.For(0, 100, i =>
            {
               Console.Write(i + "\t");
            });

從0輸出到99，執行後會發現輸出的順序不對，用for順序肯定是對的，並行同時執行，所以會出現輸出順序不同的情況。

2、Parallel.Foreach

這個方法跟Foreach方法很相似，想具體瞭解的，可以百度些資料看看，這裡就不多說了，下面給出其使用方法：

List<int> list = new List<int>();
            list.Add(0);
            Parallel.ForEach(list, item =>
            {
               DoWork(item);
            });

二、 Parallel中途退出迴圈和異常處理

1、當我們使用到Parallel，必然是處理一些比較耗時的操作，當然也很耗CPU和記憶體，如果我們中途向停止，怎麼辦呢？

在序列程式碼中我們break一下就搞定了，但是並行就不是這麼簡單了，不過沒關係，在並行迴圈的委託引數中提供了一個ParallelLoopState，

該例項提供了Break和Stop方法來幫我們實現。

Break: 當然這個是通知平行計算儘快的退出迴圈，比如平行計算正在迭代100，那麼break後程序還會迭代所有小於100的。

Stop：這個就不一樣了，比如正在迭代100突然遇到stop，那它啥也不管了，直接退出。

下面來寫一段程式碼測試一下：

public void ParallelBreak()
         {
            ConcurrentBag<int> bag = new ConcurrentBag<int>();
            stopWatch.Start();
            Parallel.For(0, 1000, (i, state) =>
            {
               if (bag.Count == 300)
               {
                  state.Stop();
                  return;
               }
               bag.Add(i);
            });
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("Bag count is " + bag.Count + ", " + stopWatch.ElapsedMilliseconds);
         }

這裡使用的是Stop，當數量達到300個時，會立刻停止；可以看到結果"Bag count is 300"，如果用break,可能結果是300多個或者300個，大家可以測試一下。

2、異常處理

　　首先任務是平行計算的，處理過程中可能會產生n多的異常，那麼如何來獲取到這些異常呢？普通的Exception並不能獲取到異常，然而為並行誕生的AggregateExcepation就可以獲取到一組異常。

這裡我們修改Parallel.Invoke的程式碼，修改後程式碼如下：

public class ParallelDemo
      {
         private Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();
     </span><span style="color:#0000ff;">public</span> <span style="color:#0000ff;">void</span><span style="color:#000000;"> Run1()
     {
        Thread.Sleep(</span><span style="color:#800080;">2000</span><span style="color:#000000;">);
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Task 1 is cost 2 sec</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
        </span><span style="color:#0000ff;">throw</span> <span style="color:#0000ff;">new</span> Exception(<span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Exception in task 1</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
     }
     </span><span style="color:#0000ff;">public</span> <span style="color:#0000ff;">void</span><span style="color:#000000;"> Run2()
     {
        Thread.Sleep(</span><span style="color:#800080;">3000</span><span style="color:#000000;">);
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Task 2 is cost 3 sec</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
        </span><span style="color:#0000ff;">throw</span> <span style="color:#0000ff;">new</span> Exception(<span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Exception in task 2</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
     }

     </span><span style="color:#0000ff;">public</span> <span style="color:#0000ff;">void</span><span style="color:#000000;"> ParallelInvokeMethod()
     {
        stopWatch.Start();
        </span><span style="color:#0000ff;">try</span><span style="color:#000000;">
        {
           Parallel.Invoke(Run1, Run2);
        }
        </span><span style="color:#0000ff;">catch</span><span style="color:#000000;"> (AggregateException aex)
        {
           </span><span style="color:#0000ff;">foreach</span> (<span style="color:#0000ff;">var</span> ex <span style="color:#0000ff;">in</span><span style="color:#000000;"> aex.InnerExceptions)
           {
              Console.WriteLine(ex.Message);
           }
        }</span><span style="color:#000000;">
        stopWatch.Stop();
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Parallel run </span><span style="color:#800000;">"</span> + stopWatch.ElapsedMilliseconds + <span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;"> ms.</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);

        stopWatch.Reset();
        stopWatch.Start();
        </span><span style="color:#0000ff;">try</span><span style="color:#000000;">
        {
           Run1();
           Run2();
        }
        </span><span style="color:#0000ff;">catch</span><span style="color:#000000;">(Exception ex)
        {
           Console.WriteLine(ex.Message);
        }</span><span style="color:#000000;">
        stopWatch.Stop();
        Console.WriteLine(</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;">Normal run </span><span style="color:#800000;">"</span> + stopWatch.ElapsedMilliseconds + <span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#800000;"> ms.</span><span style="color:#800000;">"</span><span style="color:#000000;">);
     }

｝

順序呼叫方法我把異常處理寫一起了，這樣只能捕獲Run1的異常資訊，大家可以分開寫。捕獲AggregateException 異常後，用foreach迴圈遍歷輸出異常資訊，可以看到兩個異常資訊都顯示了。

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