c# Parallel类的使用
parallel类是对线程的抽象,提供数据与任务的并行性。类定义了静态方法for和foreach,使用多个任务来完成多个作业。parallel.for和parallel.foreach方法在每次迭代的时候调用相同的代码,而parallel.invoke()方法允许同时调用不同的方法。parallel.foreach()方法用于数据的并行性,parallel.invoke()方法用于任务的并行性。
1、for()方法
for()方法用于多次执行一个任务,可以并行运行迭代,但迭代的顺序并没指定。for()方法前两个参数为定义循环的开始和结束,第三个参数为action<int>委托。方法的返回值是parallelloopresult结构,它提供了是否结束的信息。如以下循环方法,不能保证输出顺序:
static void parallelfor() { parallelloopresult result = parallel.for(0, 10, async i => { console.writeline("{0}, task: {1}, thread: {2}", i, task.currentid, thread.currentthread.managedthreadid); await task.delay(10);//异步方法,用于释放线程供其他任务使用。完成后,可能看不到方法的输出,因为主(前台线)程结束,所有的后台线程也将结束 console.writeline("{0}, task: {1}, thread: {2}", i, task.currentid, thread.currentthread.managedthreadid); }); console.writeline("is completed: {0}", result.iscompleted); }
异步功能虽然方便,但是知道后台发生了什么仍然重要,必须留意。
提前停止for()方法
可以根据条件提前停止for()方法,而不必完成全部的迭代。,传入参数parallelloopstate的对象,调用break()方法或者stop()方法。如调用break()方法,当迭代值大于15的时候中断(当前线程结束,类似于普通for的continue),但其他任务可以同时运行,有其他值的任务也可以运行(如果当前线程是主线程,那么就等同于stop(),结束所有线程)。stop()方法结束的是所有操作(类似于普通for的break)。利用lowestbreakiteration属性可以忽略其他任务的结果:
static void parallelfor() { parallelloopresult result = parallel.for(10, 40, (int i, parallelloopstate pls) => { console.writeline("i: {0} task {1}", i, task.currentid); thread.sleep(10); if (i > 15) pls.break(); }); console.writeline("is completed: {0}", result.iscompleted); if (!result.iscompleted) console.writeline("lowest break iteration: {0}", result.lowestbreakiteration); }
for()方法可以使用几个线程执行循环。如果要对每个线程进行初始化,就需要使用到for<tlocal>(int, int, func<tlocal>, func<int, parallelloopstate, tlocal, tlocal> , action<tlocal>)方法。
- 前两个参数是对应的循环起始和终止条件;
- 第二个参数类型是func<tlocal>,返回一个值,传递给第三个参数。
- 第三个参数类型是func<int, parallelloopstate, tlocal, tlocal>,是循环体的委托,其内部的第一个参数是循环迭代,内部第二个参数允许停止迭代,内部第三个参数用于接收for()方法的前一个参数的返回值。循环体应当返回与for()循环泛型类型一致的值。
- 第四个参数是指定的一个委托,用于执行相关后续操作。
static void parallelfor() { parallel.for<string>(0, 20, () => { // invoked once for each thread console.writeline("init thread {0}, task {1}", thread.currentthread.managedthreadid, task.currentid); return string.format("t{0}", thread.currentthread.managedthreadid); }, (i, pls, str1) => { // invoked for each member console.writeline("body i {0} str1 {1} thread {2} task {3}", i, str1, thread.currentthread.managedthreadid, task.currentid); thread.sleep(10); return string.format("i {0}", i); }, (str1) => { // final action on each thread console.writeline("finally {0}", str1); }); }
2、使用foreach()方法循环
foreach()方法遍历实现了ienumerable的集合,其方式类似于foreach语句,但是以异步方式遍历,没有确定的顺序。如果要中断循环,同样可以采用parallelloopstate参数。foreach<tsource>有许多泛型的重载方法。
static void parallelforeach() { string[] data = { "zero", "one", "two", "three", "four", "five", "six", "seven", "eight", "nine", "ten", "eleven", "twelve" }; parallelloopresult result = parallel.foreach<string>(data, s => { console.writeline(s); }); parallel.foreach<string>(data, (s, pls, l) => { console.writeline("{0} {1}", s, l); }); }
3、调用多个方法
如果有多个任务并行,可以使用parallel.invoke()方法,它提供任务的并行性模式:
static void parallelinvoke() { parallel.invoke(foo, bar); } static void foo() { console.writeline("foo"); } static void bar() { console.writeline("bar"); }
4、for()方法的取消
在for()方法的重载方法中,可以传递一个paralleloptions类型的参数,利用此参数可以传递一个cancellationtoken参数。使用cancellationtokensource对象用于注册cancellationtoken,并允许调用cancel方法用于取消操作。
一旦取消操作,for()方法就抛出一个operationcanceledexception类型的异常,使用cancellationtoken可以注册取消操作时的信息。调用register方法,传递一个在取消操作时调用的委托。通过取消操作,可以将其他的迭代操作在启动之前取消,但已经启动的迭代操作允许完成。取消操作是以协作方式进行的,以避免在取消迭代操作的中间泄露资源。
static void cancelparallelloop() { var cts = new cancellationtokensource(); cts.token.throwifcancellationrequested(); cts.token.register(() => console.writeline("** token cancelled")); // 在500ms后取消标记 cts.cancelafter(500); try { parallelloopresult result = parallel.for(0, 100, new paralleloptions() { cancellationtoken = cts.token }, x => { console.writeline("loop {0} started", x); int sum = 0; for (int i = 0; i < 100; i++) { thread.sleep(2); sum += i; } console.writeline("loop {0} finished", x); }); } catch (operationcanceledexception ex) { console.writeline(ex.message); } }
5、发现存在的问题
使用并行循环时,若出现以下两个问题,需要使用partitioner(命名空间 system.collections.concurrent中)解决。
- 使用并行循环时,应确保每次迭代的工作量要明显大于同步共享状态的开销。 如果循环把时间都耗在了阻塞式的访问共享的循环变量上,那么并行执行的好处就很容易完全丧失。尽可能让每次循环迭代都只是在局部进行,避免阻塞式访问造成的损耗。见示例1
- 并行循环的每一次迭代都会生成一个委托,如果每次生成委托或方法的开销比迭代完成的工作量大,使用并行方案就不适合了(委托会设计两类开销:构造开销和调用开销。大多数调用开销和普通方法的调用差不多。 但委托是一种对象,构造开销可能相当大,最好是只做一次构造,然后把对象缓存起来)。见示例2
示例1中,求1000000000以内所有自然数开方的和。第一部分采用直接计算的方式,第二部分采用分区计算。第二部分的partitioner 会把需要迭代的区间分拆为多个不同的空间,并存入tuple对象中。
/* 示例1 */public static void partitionertest() { //使用计时器 system.diagnostics.stopwatch stopwatch = new system.diagnostics.stopwatch(); const int maxvalue = 1000000000; long sum = 0; stopwatch.restart();//开始计时 parallel.for(0, maxvalue, (i) => { interlocked.add(ref sum, (long )math.sqrt(i));//interlocked是原子操作,多线程访问时的线程互斥操作 }); stopwatch.stop(); console.writeline($"parallel.for:{stopwatch.elapsed}");//我的机器运行出的时间是:00:01:37.0391204 var partitioner = system.collections.concurrent.partitioner.create(0, maxvalue);//拆分区间 sum = 0; stopwatch.restart(); parallel.foreach(partitioner, (rang) => { long partialsum = 0; //迭代区间的数据 for(int i=rang.item1;i<rang.item2;i++) { partialsum += (long)math.sqrt(i); } interlocked.add(ref sum, partialsum);//原子操作 }); stopwatch.stop(); console.writeline($"parallel.foreach:{stopwatch.elapsed}"); //我的机器运行出的时间是:00:00:02.7111666 }
partitioner的分区是静态的,只要迭代分区划分完成,每个分区上都会运行一个委托。如果某一段区间的迭代次数提前完成,也不会尝试重新分区并让处理器分担工作。 对于任意ienumerable<t>类型都可以创建不指定区间的分区,但这样就会让每个迭代项目都创建一个委托,而不是对每个区间创建委托。创建自定义的partitioner可以解决这个问题,代码比较复杂。请自行参阅:
示例2中,采用一个委托方法来计算两个数之间的关系值。前一种是每次运行都重新构造委托,后一种是先构造出委托的方法而后每一次调用。
//声明一个委托 private delegate int mathop(int x, int y); private int add(int x,int y) { return x + y; } private int dooperation(mathop op,int x,int y) { return op(x, y); } /* * 委托会设计两类开销:构造开销和调用开销。大多数调用开销和普通方法的调用差不多。 但委托是一种对象,构造开销可能相当大,最好是只做一次构造,然后把对象缓存起来。 */ public void test() { system.diagnostics.stopwatch stopwatch = new system.diagnostics.stopwatch(); stopwatch.restart(); for(int i=0;i<10;i++) { //每一次遍历循环,都会产生一次构造和调用开销 dooperation(add, 1, 2); } stopwatch.stop(); console.writeline("construction and invocation: {0}", stopwatch.elapsed);//00:00:00.0003812 stopwatch.restart(); mathop op = add;//只产生一次构造开销 for(int i=0;i<10;i++) { dooperation(op, 1, 2);//每一次遍历都只产生遍历开销 } stopwatch.stop(); console.writeline("once construction and invocation: {0}", stopwatch.elapsed);//00:00:00.0000011 }
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