5天玩轉(zhuǎn)C#并行和多線程編程 —— 第一天認識Parallel

賈朋亮博客 2014-09-27

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隨著多核時代的到來，并行開發(fā)越來越展示出它的強大威力！使用并行程序，充分的利用系統(tǒng)資源，提高程序的性能。在.net 4.0中，微軟給我們提供了一個新的命名空間：System.Threading.Tasks。這里面有很多關于并行開發(fā)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，最簡潔的將串行的代碼并行化。

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

StopWatch在System.Diagnostics命名控件，要使用它就要先引用這個命名空間。

其使用方法如下：

var stopWatch = new StopWatch(); //創(chuàng)建一個Stopwatch實例

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(xiàn)在的時間差，單位是毫秒

本次用到的就這么多知識點，想了解更多關于StopWatch的，去百度一下吧，網(wǎng)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，首先新建一個控制臺程序，添加一個類，代碼如下：

 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，輸出一條信息，然后寫了一個測試方法ParallelInvokeMethod，分別用兩種方法調(diào)用Run1和Run2，然后在main方法中調(diào)用，下面來看一下運行時間如何：

　　大家應該能夠猜到，正常調(diào)用的話應該是5秒多，而Parallel.Invoke方法調(diào)用用了只有3秒，也就是耗時最長的那個方法，可以看出方法是并行執(zhí)行的，執(zhí)行效率提高了很多。

2、Parallel.For

這個方法和For循環(huán)的功能相似，下面就在類中添加一個方法來測試一下吧。代碼如下：

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(0, 10000, item =>
            {
               for (int j = 0; j < 60000; j++)
               {
                  int sum = 0;
                  sum += item;
               }
            });
            stopWatch.Stop();
            Console.WriteLine("ParallelFor run " + stopWatch.ElapsedMilliseconds + " ms.");
           
     }

寫了兩個循環(huán)，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方法中調(diào)用，運行結果如下圖：

可以看到，Parallel.For所用的時間比單純的for快了1秒多，可見提升的性能是非常可觀的。那么，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干嘛？

下面修改一下代碼，添加一個全局變量num，代碼如下：

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由于是并行運行的，所以會同時訪問全局變量num,為了得到正確的結果，要使用lock,此時來看看運行結果：

　　是不是大吃一驚??？Parallel.For竟然用了15秒多，而for跟之前的差不多。這主要是由于并行同時訪問全局變量，會出現(xiàn)資源爭奪，大多數(shù)時間消耗在了資源等待上面。

一直說并行，那么從哪里可以看出來Parallel.For是并行執(zhí)行的呢？下面來寫個測試代碼：

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

從0輸出到99，運行后會發(fā)現(xiàn)輸出的順序不對，用for順序肯定是對的，并行同時執(zhí)行，所以會出現(xiàn)輸出順序不同的情況。

2、Parallel.Foreach

這個方法跟Foreach方法很相似，想具體了解的，可以百度些資料看看，這里就不多說了，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中途退出循環(huán)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和內(nèi)存，如果我們中途向停止，怎么辦呢？

在串行代碼中我們break一下就搞定了，但是并行就不是這么簡單了，不過沒關系，在并行循環(huán)的委托參數(shù)中提供了一個ParallelLoopState，

該實例提供了Break和Stop方法來幫我們實現(xiàn)。

Break: 當然這個是通知并行計算盡快的退出循環(huán)，比如并行計算正在迭代100，那么break后程序還會迭代所有小于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。

下面來寫一段代碼測試一下：

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);
         }

這里使用的是Stop，當數(shù)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

　　首先任務是并行計算的，處理過程中可能會產(chǎn)生n多的異常，那么如何來獲取到這些異常呢？普通的Exception并不能獲取到異常，然而為并行誕生的AggregateExcepation就可以獲取到一組異常。

這里我們修改Parallel.Invoke的代碼，修改后代碼如下：

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.");
         }
｝