c# 并行和多线程编程——认识Parallel

ゞ浴缸里的玫瑰 2022-10-30 15:29 113阅读 0赞

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。

一、 Parallel的使用  
在Parallel下面有三个常用的方法invoke,For和ForEach。

1、Parallel.Invoke  
这是最简单，最简洁的将串行的代码并行化。

在这里先讲一个知识点，就是StopWatch的使用，最近有一些人说找不到StopWatch，StopWatch到底是什么东西，今天就来说明一下。

StopWatch在System.Diagnostics命名控件，要使用它就要先引用这个命名空间。

其使用方法如下：

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var stopWatch = new StopWatch(); //创建一个Stopwatch实例  
  
stopWatch.Start(); //开始计时  
  
stopWatch.Stop(); //停止计时  
  
stopWatch.Reset(); //重置StopWatch  
  
stopWatch.Restart(); //重新启动被停止的StopWatch  
  
stopWatch.ElapsedMilliseconds //获取stopWatch从开始到现在的时间差，单位是毫秒  
本次用到的就这么多知识点，想了解更多关于StopWatch的，去百度一下吧，网上有很多资料。

下面进入整体，开始介绍Parallel.Invoke方法，废话不多说了，首先新建一个控制台程序，添加一个类，代码如下：

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public class ParallelDemo  
\{  
private Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();  
  
public void Run1()  
\{  
Thread.Sleep(2000);  
Console.WriteLine("Task 1 is cost 2 sec");  
\}  
public void Run2()  
\{  
Thread.Sleep(3000);  
Console.WriteLine("Task 2 is cost 3 sec");  
\}  
  
public void ParallelInvokeMethod()  
\{  
stopWatch.Start();  
Parallel.Invoke(Run1, Run2);  
stopWatch.Stop();  
Console.WriteLine("Parallel run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");  
  
stopWatch.Restart();  
Run1();  
Run2();  
stopWatch.Stop();  
Console.WriteLine("Normal run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");  
\}  
｝  
代码很简单，首先新加一个类，在类中写了两个方法，Run1和Run2，分别等待一定时间，输出一条信息，然后写了一个测试方法ParallelInvokeMethod，分别用两种方法调用Run1和Run2，然后在main方法中调用，下面来看一下运行时间如何：

大家应该能够猜到，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  
这个方法和For循环的功能相似，下面就在类中添加一个方法来测试一下吧。代码如下：

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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(0, 10000, item =>  
\{  
for (int j = 0; j < 60000; j++)  
\{  
int sum = 0;  
sum += item;  
\}  
\});  
stopWatch.Stop();  
Console.WriteLine("ParallelFor run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");  
  
\}  
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，运行结果如下图：

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？

下面修改一下代码，添加一个全局变量num，代码如下：

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public void ParallelForMethod()  
\{  
var obj = new Object();  
long num = 0;  
ConcurrentBag<long> bag = new ConcurrentBag<long>();  
  
stopWatch.Start();  
for (int i = 0; i < 10000; i++)  
\{  
for (int j = 0; j < 60000; j++)  
\{  
//int sum = 0;  
//sum += item;  
num++;  
\}  
\}  
stopWatch.Stop();  
Console.WriteLine("NormalFor run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");  
  
stopWatch.Reset();  
stopWatch.Start();  
Parallel.For(0, 10000, item =>  
\{  
for (int j = 0; j < 60000; j++)  
\{  
//int sum = 0;  
//sum += item;  
lock (obj)  
\{  
num++;  
\}  
\}  
\});  
stopWatch.Stop();  
Console.WriteLine("ParallelFor run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");  
  
\}  
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，要使用lock,此时来看看运行结果：

是不是大吃一惊啊？Parallel.For竟然用了15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，会出现资源争夺，大多数时间消耗在了资源等待上面。

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：

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Parallel.For(0, 100, i =>  
\{  
Console.Write(i + "\\t");  
\});  
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  
这个方法跟Foreach方法很相似，想具体了解的，可以百度些资料看看，这里就不多说了，下面给出其使用方法：

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List<int> list = new List<int>();  
list.Add(0);  
Parallel.ForEach(list, item =>  
\{  
DoWork(item);  
\});  
二、 Parallel中途退出循环和异常处理  
1、当我们使用到Parallel，必然是处理一些比较耗时的操作，当然也很耗CPU和内存，如果我们中途向停止，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，

该实例提供了Break和Stop方法来帮我们实现。

Break: 当然这个是通知并行计算尽快的退出循环，比如并行计算正在迭代100，那么break后程序还会迭代所有小于100的。

Stop：这个就不一样了，比如正在迭代100突然遇到stop，那它啥也不管了，直接退出。

下面来写一段代码测试一下：

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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);  
\}  
这里使用的是Stop，当数量达到300个时，会立刻停止；可以看到结果"Bag count is 300"，如果用break,可能结果是300多个或者300个，大家可以测试一下。

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。

这里我们修改Parallel.Invoke的代码，修改后代码如下：

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public class ParallelDemo  
\{  
private Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();  
  
public void Run1()  
\{  
Thread.Sleep(2000);  
Console.WriteLine("Task 1 is cost 2 sec");  
throw new Exception("Exception in task 1");  
\}  
public void Run2()  
\{  
Thread.Sleep(3000);  
Console.WriteLine("Task 2 is cost 3 sec");  
throw new Exception("Exception in task 2");  
\}  
  
public void ParallelInvokeMethod()  
\{  
stopWatch.Start();  
try  
\{  
Parallel.Invoke(Run1, Run2);  
\}  
catch (AggregateException aex)  
\{  
foreach (var ex in aex.InnerExceptions)  
\{  
Console.WriteLine(ex.Message);  
\}  
\}  
stopWatch.Stop();  
Console.WriteLine("Parallel run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");  
  
stopWatch.Reset();  
stopWatch.Start();  
try  
\{  
Run1();  
Run2();  
\}  
catch(Exception ex)  
\{  
Console.WriteLine(ex.Message);  
\}  
stopWatch.Stop();  
Console.WriteLine("Normal run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");  
\}  
｝  
顺序调用方法我把异常处理写一起了，这样只能捕获Run1的异常信息，大家可以分开写。捕获AggregateException 异常后，用foreach循环遍历输出异常信息，可以看到两个异常信息都显示了。