5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計系列文章目錄
5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第一天 認識Parallel
5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第二天 並行集合和PLinq
5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第三天 認識和使用Task
5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第四天 Task進階
5天玩轉C#並行和多執行緒程式設計 —— 第五天 多執行緒程式設計大總結
隨著多核時代的到來,並行開發越來越展示出它的強大威力!使用並行程式,充分的利用系統資源,提高程式的效能。在.net 4.0中,微軟給我們提供了一個新的名稱空間:System.Threading.Tasks。這裡面有很多關於並行開發的東西,今天第一篇就介紹下最基礎,最簡單的——認識和使用Parallel。
在Parallel下面有三個常用的方法invoke,For和ForEach。
1、 Parallel.Invoke
這是最簡單,最簡潔的將序列的程式碼並行化。
在這裡先講一個知識點,就是StopWatch的使用,最近有一些人說找不到StopWatch,StopWatch到底是什麼東西,今天就來說明一下。
StopWatch在System.Diagnostics命名控制元件,要使用它就要先引用這個名稱空間。
其使用方法如下:
var stopWatch = new StopWatch(); //建立一個Stopwatch例項
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從開始到現在的時間差,單位是毫秒
本次用到的就這麼多知識點,想了解更多關於StopWatch的,去百度一下吧,網上有很多資料。
下面進入整體,開始介紹Parallel.Invoke方法,廢話不多說了,首先新建一個控制檯程式,新增一個類,程式碼如下:
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."); } }
程式碼很簡單,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,輸出一條資訊,然後寫了一個測試方法ParallelInvokeMethod,分別用兩種方法呼叫Run1和Run2,然後在main方法中呼叫,下面來看一下執行時間如何:
大家應該能夠猜到,正常呼叫的話應該是5秒多,而Parallel.Invoke方法呼叫用了只有3秒,也就是耗時最長的那個方法,可以看出方法是並行執行的,執行效率提高了很多。
2、Parallel.For
這個方法和For迴圈的功能相似,下面就在類中新增一個方法來測試一下吧。程式碼如下:
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."); }
寫了兩個迴圈,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方法中呼叫,執行結果如下圖:
可以看到,Parallel.For所用的時間比單純的for快了1秒多,可見提升的效能是非常可觀的。那麼,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幹嘛?
下面修改一下程式碼,新增一個全域性變數num,程式碼如下:
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由於是並行執行的,所以會同時訪問全域性變數num,為了得到正確的結果,要使用lock,此時來看看執行結果:
是不是大吃一驚啊?Parallel.For竟然用了15秒多,而for跟之前的差不多。這主要是由於並行同時訪問全域性變數,會出現資源爭奪,大多數時間消耗在了資源等待上面。
一直說並行,那麼從哪裡可以看出來Parallel.For是並行執行的呢?下面來寫個測試程式碼:
Parallel.For(0, 100, i => { Console.Write(i + "\t"); });
從0輸出到99,執行後會發現輸出的順序不對,用for順序肯定是對的,並行同時執行,所以會出現輸出順序不同的情況。
2、Parallel.Foreach
這個方法跟Foreach方法很相似,想具體瞭解的,可以百度些資料看看,這裡就不多說了,下面給出其使用方法:
List<int> list = new List<int>(); list.Add(0); Parallel.ForEach(list, item => { DoWork(item); });
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和記憶體,如果我們中途向停止,怎麼辦呢?
在序列程式碼中我們break一下就搞定了,但是並行就不是這麼簡單了,不過沒關係,在並行迴圈的委託引數中提供了一個ParallelLoopState,
該例項提供了Break和Stop方法來幫我們實現。
Break: 當然這個是通知平行計算儘快的退出迴圈,比如平行計算正在迭代100,那麼break後程式還會迭代所有小於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。
下面來寫一段程式碼測試一下:
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); }
這裡使用的是Stop,當數量達到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
首先任務是平行計算的,處理過程中可能會產生n多的異常,那麼如何來獲取到這些異常呢?普通的Exception並不能獲取到異常,然而為並行誕生的AggregateExcepation就可以獲取到一組異常。
這裡我們修改Parallel.Invoke的程式碼,修改後程式碼如下:
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."); } }
順序呼叫方法我把異常處理寫一起了,這樣只能捕獲Run1的異常資訊,大家可以分開寫。捕獲AggregateException 異常後,用foreach迴圈遍歷輸出異常資訊,可以看到兩個異常資訊都顯示了。