详解c# 并行计算
并行计算部分
沿用微软的写法，System.Threading.Tasks.::.Parallel类，提供对并行循环和区域的支持。 我们会用到的方法有For，ForEach，Invoke。
一、简单使用
首先我们初始化一个List用于循环，这里我们循环10次。（后面的代码都会按这个标准进行循环）
&nbs【本文由：防cc 提供，感恩】p; Program.Data = new List<int>(); for (int i = 0; i < 10; i++) { Data.Add(i); }
下面我们定义4个方法，分别为for，foreach，并行For，并行ForEach。并测试他们的运行时长。
/// <summary>
/// 是否显示执行过程
/// </summary>
public bool ShowProcessExecution = false;
/// <summary>
/// 这是普通循环for
/// </summary>
private void Demo1()
{
List<int> data = Program.Data;
DateTime dt1 = DateTime.Now;
for (int i = 0; i < data.Count; i++)
{
Thread.Sleep(500);
if (ShowProcessExecution)
Console.WriteLine(data[i]);
}
DateTime dt2 = DateTime.Now;
Console.WriteLine("普通循环For运行时长：{0}毫秒。", (dt2 - dt1).TotalMilliseconds);
}
/// <summary>
/// 这是普通循环foreach
/// </summary>
private void Demo2()
{
List<int> data = Program.Data;
DateTime dt1 = DateTime.Now;
foreach (var i in data)
{
Thread.Sleep(500);
if (ShowProcessExecution)
Console.WriteLine(i);
}
DateTime dt2 = DateTime.Now;
Console.WriteLine("普通循环For运行时长：{0}毫秒。", (dt2 - dt1).TotalMilliseconds);
}
/// <summary>
/// 这是并行计算For
/// </summary>
private void Demo3()
{
List<int> data = Program.Data;
DateTime dt1 = DateTime.Now;
Parallel.For(0, data.Count, (i) =>
{
Thread.Sleep(500);
if (ShowProcessExecution)
Console.WriteLine(data[i]);
});
DateTime dt2 = DateTime.Now;
Console.WriteLine("并行运算For运行时长：{0}毫秒。", (dt2 - dt1).TotalMilliseconds);
}
/// <summary>
/// 这是并行计算ForEach
/// </summary>
private void Demo4()
{
List<int> data = Program.Data;
DateTime dt1 = DateTime.Now;
Parallel.ForEach(data, (i) =>
{
Thread.Sleep(500);
if (ShowProcessExecution)
Console.WriteLine(i);
});
DateTime dt2 = DateTime.Now;
Console.WriteLine("并行运算ForEach运行时长：{0}毫秒。", (dt2 - dt1).TotalMilliseconds);
}
下面是运行结果：
这里我们可以看出并行循环在执行效率上的优势了。
结论1：在对一个数组内的每一个项做单独处理时，完全可以选择并行循环的方式来提升执行效率。
原理1：并行计算的线程开启是缓步开启的，线程数量1,2,4,8缓步提升。（不详，PLinq最多64个线程，可能这也是64）
二、 并行循环的中断和跳出
当在进行循环时，偶尔会需要中断循环或跳出循环。下面是两种跳出循环的方法Stop和Break，LoopState是循环状态的参数。
/// <summary>
/// 中断Stop
/// </summary>
private void Demo5()
{
List<int> data = Program.Data;
Parallel.For(0, data.Count, (i, LoopState) =>
{
if (data[i] > 5)
LoopState.Stop();
Thread.Sleep(500);
Console.WriteLine(data[i]);
});
Console.WriteLine("Stop执行结束。");
}
/// <summary>
/// 中断Break
/// </summary>
private void Demo6()
{
List<int> data = Program.Data;
Parallel.ForEach(data, (i, LoopState) =>
{
if (i > 5)
LoopState.Break();
Thread.Sleep(500);
Console.WriteLine(i);
});
Console.WriteLine("Break执行结束。");
}
执行结果如下：
结论2：使用Stop会立即停止循环，使用Break会执行完毕所有符合条件的项。
三、并行循环中为数组/集合添加项
上面的应用场景其实并不是非常多见，毕竟只是为了遍历一个数组内的资源，我们更多的时候是为了遍历资源，找到我们所需要的。那么请继续看。
下面是我们一般会想到的写法：
private void Demo7()
{
List<int> data = new List<int>();
Parallel.For(0, Program.Data.Count, (i) =>
{
if (Program.Data[i] % 2 == 0)
data.Add(Program.Data[i]);
});
Console.WriteLine("执行完成For.");
}
private void Demo8()
{
List<int> data = new List<int>();
Parallel.ForEach(Program.Data, (i) =>
{
if (Program.Data[i] % 2 == 0)
data.Add(Program.Data[i]);
});
Console.WriteLine("执行完成ForEach.");
}
看起来应该是没有问题的，但是我们多次运行后会发现，偶尔会出现错误如下：
这是因为List是非线程安全的类，我们需要使用System.Collections.Concurrent命名空间下的类型来用于并行循环体内。
那么我们上面的代码可以修改为，加了了ConcurrentQueue和ConcurrentStack的最基本的操作。
/// <summary>
/// 并行循环操作集合类,集合内只取5个对象
/// </summary>
private void Demo7()
{
ConcurrentQueue<int> data = new ConcurrentQueue<int>();
Parallel.For(0, Program.Data.Count, (i) =>
{
if (Program.Data[i] % 2 == 0)
data.Enqueue(Program.Data[i]);//将对象加入到队列末尾
});
int R;
while (data.TryDequeue(out R))//返回队列中开始处的对象
{
Console.WriteLine(R);
}
Console.WriteLine("执行完成For.");
}
/// <summary>
/// 并行循环操作集合类
/// </summary>
private void Demo8()
{
ConcurrentStack<int> data = new ConcurrentStack<int>();
Parallel.ForEach(Program.Data, (i) =>
{
if (Program.Data[i] % 2 == 0)
data.Push(Program.Data[i]);//将对象压入栈中
});
int R;
while (data.TryPop(out R))//弹出栈顶对象
{
Console.WriteLine(R);
}
Console.WriteLine("执行完成ForEach.");
}
ok，这里返回一个序列的问题也解决了。
结论3:在并行循环内重复操作的对象，必须要是thread-safe(线程安全)的。集合类的线程安全对象全部在System.Collections.Concurrent命名空间下。
四、返回集合运算结果/含有局部变量的并行循环
使用循环的时候经常也会用到迭代，那么在并行循环中叫做 含有局部变量的循环 。下面的代码中详细的解释，这里就不啰嗦了。
/// <summary>
/// 具有线程局部变量的For循环
/// </summary>
private void Demo9()
{
List<int> data = Program.Data;
long total = 0;
//这里定义返回值为long类型方便下面各个参数的解释
Parallel.For<long>(0, // For循环的起点
data.Count, // For循环的终点
() => 0, // 初始化局部变量的方法(long)，既为下面的subtotal的初值
(i, LoopState, subtotal) => // 为每个迭代调用一次的委托，i是当前索引，LoopState是循环状态，subtotal为局部变量名
{
subtotal += data[i]; // 修改局部变量
return subtotal; // 传递参数给下一个迭代
},
(finalResult) => Interlocked.Add(ref total, finalResult) //对每个线程结果执行的最后操作，这里是将所有的结果相加
);
Console.WriteLine(total);
}
/// <summary>
/// 具有线程局部变量的ForEach循环
/// </summary>
private void Demo10()
{
List<int> data = Program.Data;
long total = 0;
Parallel.ForEach<int, long>(data, // 要循环的集合对象
() => 0, // 初始化局部变量的方法(long)，既为下面的subtotal的初值
(i, LoopState, subtotal) => // 为每个迭代调用一次的委托，i是当前元素，LoopState是循环状态，subtotal为局部变量名
{
subtotal += i; // 修改局部变量
return subtotal; // 传递参数给下一个迭代
},
(finalResult) => Interlocked.Add(ref total, finalResult) //对每个线程结果执行的最后操作，这里是将所有的结果相加
);
Console.WriteLine(total);
}
结论4:并行循环中的迭代，确实很伤人。代码太难理解了。
五、PLinq（Linq的并行计算）
上面介绍完了For和ForEach的并行计算盛宴，微软也没忘记在Linq中加入并行计算。下面介绍Linq中的并行计算。
4.0中在System.Linq命名空间下加入了下面几个新的类：
原理2：PLinq最多会开启64个线程
原理3：PLinq会自己判断是否可以进行并行计算，如果不行则会以顺序模式运行。
原理4：PLinq会在昂贵的并行算法或成本较低的顺序算法之间进行选择，默认情况下它选择顺序算法。
在ParallelEnumerable中提供的并行化的方法
下面是PLinq的简单代码
/// <summary>
/// PLinq简介
/// </summary>
private void Demo11()
{
var source = Enumerable.Range(1, 10000);
//查询结果按source中的顺序排序
var evenNums = from num in source.AsParallel().AsOrdered()
where num % 2 == 0
select num;
//ForAll的使用
ConcurrentBag<int> concurrentBag = new ConcurrentBag<int>();
var query = from num in source.AsParallel()
where num % 10 == 0
select num;
query.ForAll((e) => concurrentBag.Add(e * e));
}
上面代码中使用了ForAll，ForAll和foreach的区别如下：
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