初識并行循環(huán)

并行循環(huán)主要用來處理數(shù)據(jù)并行的，如，同時對數(shù)組或列表中的多個數(shù)據(jù)執(zhí)行相同的操作。

在C#編程中，我們使用并行類System.Threading.Tasks.Parallel提供的靜態(tài)方法Parallel.For和Parallel.ForEach來實現(xiàn)并行循環(huán)。從方法名可以看出，這兩個方法是對常規(guī)循環(huán)for和foreach的并行化。

簡單用法

使用并行循環(huán)時需要傳入循環(huán)范圍(集合)和操作數(shù)據(jù)的委托Action<T>：

Parallel.For(0, 100, i => { Console.WriteLine(i); });

Parallel.ForEach(Enumerable.Range(0, 100), i => { Console.WriteLine(i); });

使用場景

對于數(shù)據(jù)的處理需要耗費較長時間的循環(huán)適宜使用并行循環(huán)，利用多線程加快執(zhí)行速度。

對于簡單的迭代操作，且迭代范圍較小，使用常規(guī)循環(huán)更好好，因為并行循環(huán)涉及到線程的創(chuàng)建、上下文切換和銷毀，使用并行循環(huán)反而影響執(zhí)行效率。

對于迭代操作簡單但迭代范圍很大的情況，我們可以對數(shù)據(jù)進行分區(qū)，再執(zhí)行并行循環(huán)，減少線程數(shù)量。

循環(huán)結(jié)果

Parallel.For和Parallel.ForEach方法的所有重載有著同樣的返回值類型ParallelLoopResult，并行循環(huán)結(jié)果包含循環(huán)是否完成以及最低迭代次數(shù)兩項信息。

下面的例子使用Parallel.ForEach展示了并行循環(huán)的結(jié)果。

ParallelLoopResult result = Parallel.ForEach(Enumerable.Range(0, 100), (i,loop) =>
{
Console.WriteLine(i + 1);
Thread.Sleep(100);
if (i == 30)
{
loop.Break();

}
});
Console.WriteLine($"{result.IsCompleted}-{result.LowestBreakIteration}");

值得一提的是，循環(huán)的Break()和Stop()只能盡早地跳出或者停止循環(huán)，而不能立即停止。

取消循環(huán)操作

有時候，我們需要在中途取消循環(huán)操作，但又不知道確切條件是什么，比如用戶觸發(fā)的取消。這時候，可以利用循環(huán)的ParallelOptions傳入一個CancellationToken,同時使用異常處理捕獲OperationCanceledException以進行取消后的處理。下面是一個簡單的例子。

public static CancellationTokenSource CTSource { get; set; } = new CancellationTokenSource();




public static void CancelParallelLoop()
{
Task.Factory.StartNew(() =>
{
try
{
Parallel.ForEach(Enumerable.Range(0, 100), new ParallelOptions { CancellationToken = CTSource.Token },
i =>
{
Console.WriteLine(i + 1);
Thread.Sleep(1000);
});
}
catch (OperationCanceledException oce)
{
Console.WriteLine(oce.Message);
}
});
}static void Main(string[] args)
{
ParallelDemo.CancelParallelLoop();
Thread.Sleep(3000);
ParallelDemo.CTSource.Cancel();

Console.ReadKey();
}

循環(huán)異常收集

并行循環(huán)執(zhí)行過程中，可以捕獲并收集迭代操作引發(fā)的異常，循環(huán)結(jié)束時拋出一個AggregateException異常，并將收集到的異常賦給它的內(nèi)部異常集合InnerExceptions。外部使用時，捕獲AggregateException,即可進行并行循環(huán)的異常處理。

下面的例子模擬了并行循環(huán)的異常拋出、收集及處理的過程。

public static void CaptureTheLoopExceptions()
{
ConcurrentQueue<Exception> exceptions = new ConcurrentQueue<Exception>();
Parallel.ForEach(Enumerable.Range(0, 100), i =>
{
try
{
if (i % 10 == 0)
{
throw new Exception($"{DateTime.Now}=> Thread-[{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}] had thrown a exception. [{i}]");
}
Console.WriteLine(i + 1);
Thread.Sleep(100);
}
catch (Exception ex)
{
exceptions.Enqueue(ex);
}
});

if?(!exceptions.IsEmpty)
{
throw new AggregateException(exceptions);
}
}

外部處理方式

try
{
ParallelDemo.CaptureTheLoopExceptions();
}
catch (AggregateException aex)
{
foreach (Exception ex in aex.InnerExceptions)
{
Console.WriteLine(ex.Message);
}
}

分區(qū)并行處理

當(dāng)循環(huán)操作很簡單，迭代范圍很大的時候，ParallelLoop提供一種分區(qū)的方式來優(yōu)化循環(huán)性能。下面的例子展示了分區(qū)循環(huán)的使用，同時也能比較幾種循環(huán)方式的執(zhí)行效率。

public static void PartationParallelLoop(int rangeSize = 10000, int opDuration = 1)
{

Stopwatch watch0 = Stopwatch.StartNew();
Parallel.ForEach(Partitioner.Create(Enumerable.Range(0, rangeSize), EnumerablePartitionerOptions.None),
i =>
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}=> Thread-[{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}] was running. [{i}]");
Thread.Sleep(opDuration);
});
watch0.Stop();


Stopwatch watch1 = Stopwatch.StartNew();
Parallel.ForEach(Partitioner.Create(Enumerable.Range(0, rangeSize),EnumerablePartitionerOptions.NoBuffering),
i =>
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}=> Thread-[{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}] was running. [{i}]");
Thread.Sleep(opDuration);
});
watch1.Stop();


Stopwatch watch2 = Stopwatch.StartNew();
Parallel.ForEach(Enumerable.Range(0, rangeSize),
i =>
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}=> Thread-[{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}] was running. [{i}]");
Thread.Sleep(opDuration);
});
watch2.Stop();


Stopwatch watch3 = Stopwatch.StartNew();
foreach (int i in Enumerable.Range(0, rangeSize))
{
Console.WriteLine($"{DateTime.Now}=> Thread-[{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}] was running. [{i}]");
Thread.Sleep(opDuration);
}
watch2.Stop();

Console.WriteLine();
Console.WriteLine($"PartationParallelLoopWithBuffer => {watch0.ElapsedMilliseconds}ms");
Console.WriteLine($"PartationParallelLoopWithoutBuffer => {watch1.ElapsedMilliseconds}ms");
Console.WriteLine($"NormalParallelLoop => {watch2.ElapsedMilliseconds}ms");
Console.WriteLine($"NormalLoop => {watch3.ElapsedMilliseconds}ms");
}

在?I7-7700HQ?+?16GB?配置?VS調(diào)試模式下得到下面一組測試結(jié)果。

10000,1	10527	11799	11155	19434
10000,1	9513	11442	11048	19354
10000,1	9871	11391	14782	19154
100,1000	9107	5951	5081	100363
100,1000	9086	5974	5187	100162
100,1000	9208	5125	5255	100239
100,1	350	439	243	200
100,1	390	227	166	198
100,1	466	225	84	197

應(yīng)該根據(jù)不同的應(yīng)用場景選擇合適的循環(huán)策略，具體如何選擇，朋友們可自行體會~

原文地址：https://www.cnblogs.com/chenbaoshun/p/10572639.html

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的C#并行编程（3）：并行循环的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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