探究Visual Studio 2010中Parallel的使用

之前51cto曾经报道过关于Visual Studio 2010中Parallel类实现并行计算，本文我们主要分析如何利用Parallel.For和Parallel.ForEach函数来并行化for循环和foreach循环。实际上，Parallel.For和Parallel.ForEach函数主要是针对“并行数据”的并行化操作，所谓并行数据，就是整个数据集中数据单元是相互独立的，可以同时进行处理。

成都创新互联是一家集网站建设,烟台企业网站建设,烟台品牌网站建设,网站定制,烟台网站建设报价,网络营销,网络优化,烟台网站推广为一体的创新建站企业，帮助传统企业提升企业形象加强企业竞争力。可充分满足这一群体相比中小企业更为丰富、高端、多元的互联网需求。同时我们时刻保持专业、时尚、前沿，时刻以成就客户成长自我，坚持不断学习、思考、沉淀、净化自己，让我们为更多的企业打造出实用型网站。

在实际开发中，我们遇到的可以并行处理的不仅包括“并行数据”，还包括可以同时进行的“并行逻辑”。所谓“并行逻辑”，就是相互独立，可以同时执行的多个任务。比如，程序员陈良乔每天早上要做两件事情：烧水洗脸和锻炼身体。这两件事情就是相互独立可以并行的，也就是说他在烧水的时候可以同时锻炼身体。在以前的单核时代，CPU在同一时间只能完成一件事情，那么陈良乔只能先烧水后锻炼，或者是先锻炼后烧水，这导致他上班总是迟到。

进入多核时代，CPU可以在同一时间完成多件事情了，借助.Net Framework 4.0中的Parallel类，我们可以方便地处理“并行逻辑”。现在，程序员陈良乔可以一边锻炼一边烧水，再也没有迟到过了。他逢人便说：“Parallel真是个好东西!自从用了它，我腰也不酸了，背也不疼了，编程更有劲儿了”

使用Parallel.Invoke处理并行逻辑

跟Parallel.For函数相似，Parallel.Invoke也是Parallel类的一个静态函数，它可以接受一个Action[]类型的对象作为参数，这个对象，就是我们要执行的任务。系统会根据代码运行的硬件环境，主要是CPU运算核心的个数，自动地进行线程的创建和分配。这有些类似于我们所熟悉的多线程开发，通过为每个线程指定一个线程函数而让多个任务同时进行，只是Parallel.Invoke函数简化了线程的创建和分配等繁琐的动作，我们只需要提供核心的线程函数就可以了。下面我们来看一个实际的例子。在上文中，我们介绍了程序员陈良乔起床的例子，在以前的单核时代，他起床大约是这个样子的：

 
 
 
   
  
  
  // 串行式起床    
  
  
  private static void GetUp()    
  
  
  {    
  
  
      Start("GetUp");    
  
  
      // 先烧水    
  
  
      boil();    
  
  
      // 后锻炼    
  
  
      exercise();    
  
  
      End("GetUp");    
  
  
  }    
  
  
     
  
  
     
  
  
  // 锻炼    
  
  
  private static void exercise()    
  
  
  {    
  
  
      Console.WriteLine("Exercise");    
  
  
      Thread.Sleep(2000);    
  
  
      Console.WriteLine("Finish Exercise");    
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  // 烧水    
  
  
  private static void boil()    
  
  
  {    
  
  
      Console.WriteLine("Boil");    
  
  
      Thread.Sleep(3000);    
  
  
      Console.WriteLine("Finish Boil");    
  
  
  }

在单核时代，CPU在同一时间只能做一件事情，所以他只能先烧水，后锻炼，这样显然会耽误时间。一天，他又因为这事而迟到了，老板骂道，“你是猪啊，你不会用Parallel.Invoke一边烧水一边锻炼啊？”于是，有了下面的并行式起床：

 
 
 
   
  
  
  // 并行式起床    
  
  
  private static void ParallelGetUp()    
  
  
  {    
  
  
      Start("ParallelGetUp");    
  
  
      // 在烧水的同时，锻炼身体    
  
  
      var steps = new Action[] { () => boil(), () => exercise() };    
  
  
      Parallel.Invoke(steps);    
  
  
      End("ParallelGetUp");    
  
  
  }

通过Parallel.Invoke函数，我们将一些相互独立的任务同时执行，实现了“并行逻辑”，也大大地提高了应用程序的性能和效率。从下面的截图中，我们可以明显地看出两种方式的差别。串行方式所耗费的时间，是两个步骤的时间总和，而并行方式所耗费的时间，大约是单个任务的耗时最长的哪一个。

图1 串行和并行的执行情况

#p#
对Parallel.Invoke进行控制

Parallel.Invoke提供了一个重载版本，它可以接受一个ParallelOptions对象作为参数，对Parallel.Invoke的执行进行控制。通过这个对象，我们可以控制并行的最大线程数，各个任务是否取消执行等等。例如，在一个智能化的家中，系统会判断主人是否离开房间，如果主人离开了房间，则自动关闭屋子里的各种电器。利用Parallel.Invoke我们可以实现如下：

 
 
 
   
  
  
  public static void PInvokeCancel()    
  
  
  {    
  
  
  // 创建取消对象    
  
  
  CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();    
  
  
  // 利用取消对象，创建ParallelOptions    
  
  
  ParallelOptions pOption = new ParallelOptions() { CancellationToken = cts.Token };    
  
  
  // 设置最大线程数    
  
  
  pOption.MaxDegreeOfParallelism = 2;    
  
  
     
  
  
  // 创建一个守护监视进程    
  
  
  Task.Factory.StartNew(() =>   
  
  
  {    
  
  
  Console.WriteLine("Cancellation in 5 sec.");    
  
  
  Thread.Sleep(5000);    
  
  
  // 取消，结束任务的执行    
  
  
  cts.Cancel();    
  
  
  Console.WriteLine("Canceled requested");    
  
  
  });    
  
  
     
  
  
  try    
  
  
  {    
  
  
  // 以ParallelOptions作为参数，    
  
  
  // 调用Parallel.Invoke    
  
  
  Parallel.Invoke(pOption, () => ShutdownLights(pOption.CancellationToken),    
  
  
  () => ShutdownComputer(pOption.CancellationToken));    
  
  
     
  
  
  //输出执行结果    
  
  
  Console.WriteLine("Lights and computer are tuned off.");    
  
  
  }    
  
  
  catch (Exception e)    
  
  
  {    
  
  
  Console.WriteLine(e.Message);    
  
  
  }    
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  private static void ShutdownLights(CancellationToken token)    
  
  
  {    
  
  
  while (!token.IsCancellationRequested)    
  
  
  {    
  
  
  Console.WriteLine("Light is on. " );    
  
  
  Thread.Sleep(1000);    
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
  private static void ShutdownComputer(CancellationToken token)    
  
  
  {    
  
  
  while (!token.IsCancellationRequested)    
  
  
  {    
  
  
  Console.WriteLine("Computer is on." );    
  
  
  Thread.Sleep(1000);    
  
  
  }    
  
  
  }

除了这种方式之外，ParallelOptions更多地应用在取消任务队列中还未来得及执行的任务。当我们限制了最大并发线程数的时候，如果需要通过Parallel.Invoke执行的任务较多，则有可能部分任务在队列中排队而得不到及时的执行，如果到了一定的条件这些任务还没有执行，我们可能取消这些任务。一个恰当的现实生活中的例子就是火车站买票。火车站买票的人很多，但是售票的窗口有限，当到了下班时间后，窗口就不再售票了，也就是剩下的售票任务需要取消掉。我们可以用下面的代码来模拟这样一个场景：

 
 
 
   
  
  
  public static void PInvokeCancel()    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  // 创建取消对象    
  
  
     
  
  
  CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();    
  
  
     
  
  
  // 利用取消对象，创建ParallelOptions    
  
  
     
  
  
  ParallelOptions pOption = new ParallelOptions() { CancellationToken = cts.Token };    
  
  
     
  
  
  // 设置最大线程数，也就相当于20个售票窗口    
  
  
     
  
  
  pOption.MaxDegreeOfParallelism = 20;    
  
  
     
  
  
  // 创建一个守护监视进程    
  
  
     
  
  
  // 当到下班时间后就取消剩下的售票活动    
  
  
     
  
  
  Task.Factory.StartNew(() =>   
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine("Cancellation in 5 sec.");    
  
  
     
  
  
  Thread.Sleep(5000);    
  
  
     
  
  
  // 取消，结束任务的执行    
  
  
     
  
  
  cts.Cancel();    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine("Canceled requested");    
  
  
     
  
  
  });    
  
  
     
  
  
  try    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  // 创建售票活动    
  
  
     
  
  
  Action[] CustomerServices = CreateCustomerService(1000);    
  
  
     
  
  
  // 以ParallelOptions作为参数，    
  
  
     
  
  
  // 调用Parallel.Invoke    
  
  
     
  
  
  Parallel.Invoke(pOption, CustomerServices);    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  catch (Exception e)    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  // 当任务取消后，抛出一个异常    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine(e.Message);    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  // 创建售票的活动    
  
  
     
  
  
  static Action[] CreateCustomerService(int n)    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  Action[] result = new Action[n];    
  
  
     
  
  
  for (int i = 0; i < n; i++)    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  result[i] = () =>   
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine("Customer Service {0}", Task.CurrentId);    
  
  
     
  
  
  // 模拟售票需要的时间    
  
  
     
  
  
  Thread.Sleep(2000);    
  
  
     
  
  
  };    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  return result;    
  
  
     
  
  
  }

#p#
并行任务之间的同步

有时候我们在处理并行任务的时候，各个任务之间需要同步，也就是同时执行的并行任务，需要在共同到达某一个状态的后再一共继续执行。我们可以举一个现实生活中的例子。陈良乔，贾玮和单春晖是好朋友，他们相约到电影院看《建国大业》。他们三个住在不同的地方，为了能一起买票进电影院，他们约好先在电影院门口的KFC会合，然后再一起进电影院。这其中就涉及到一个同步的问题：他们需要先在KFC会合。他们是从家里分别到KFC的，但是需要在KFC进行同步，等到三个人都到齐后在完成后后继的动作，进电影院看电影。

为了完成并行任务之间的同步，.NET Framework中提供了一个类Barrier。顾名思义，Barrier就像一个关卡或者是剪票口一样，通过Barrier类，我们可以管理并行任务的执行，完成他们之间的同步。Barrier类的使用非常简单，我们只需要在主线程中声明一个Barrier对象，同时指明需要同步的任务数。然后，在需要进行同步的地方调用Barrier类的SignalAndWait函数就可以了。当一个并行任务到达SignalAndWait后，它会暂停执行，等待所有并行任务都到达同步点之后再继续往下执行。下面我们以一个实际的例子，来看看如何利用Barrier类完成看电影的同步问题。

 
 
 
   
  
  
  using System;    
  
  
  using System.Collections.Generic;    
  
  
  using System.Linq;    
  
  
  using System.Text;    
  
  
  using System.Threading;    
  
  
  using System.Threading.Tasks;    
  
  
     
  
  
  namespace ParallelBarrier    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  class Program    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  // 用于同步的Barrier对象    
  
  
     
  
  
  static Barrier sync;    
  
  
     
  
  
  static void Main(string[] args)    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  // 创建Barrier对象，这里我们需要同步    
  
  
     
  
  
  // 任务有三个    
  
  
     
  
  
  sync = new Barrier(3);    
  
  
     
  
  
  // 开始执行并行任务    
  
  
     
  
  
  var steps = new Action[] { () => gotothecinema("陈良乔", TimeSpan.FromSeconds(5) ),    
  
  
     
  
  
  () => gotothecinema("贾玮", TimeSpan.FromSeconds(2) ),    
  
  
     
  
  
  () => gotothecinema("单春晖", TimeSpan.FromSeconds(4) )};    
  
  
     
  
  
  Parallel.Invoke(steps);    
  
  
     
  
  
  Console.ReadKey();    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  // 任务    
  
  
     
  
  
  static void gotothecinema(string strName, TimeSpan timeToKFC )    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine("[{0}] 从家里出发。", strName);    
  
  
     
  
  
  // 从家里到KFC    
  
  
     
  
  
  Thread.Sleep(timeToKFC);    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine("[{0}] 到达KFC。", strName);    
  
  
     
  
  
  // 等待其他人到达    
  
  
     
  
  
  sync.SignalAndWait();    
  
  
     
  
  
  // 同步后，进行后继动作    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine("[{0}] 买票进电影院。", strName);    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  }

在这段代码中，我们首先创建了Barrier对象，因为在这里需要同步的任务有三个，所以创建Barrier对象时是的参数是3。然后就是使用Parallel.Invoke执行并行任务。我们在并行任务gotothecinema中设置了一个同步点，在这里我们调用Barrier对象的SignalAndWait函数，它表示当前任务已经到达同步点并同时等待其他任务到达同步点。当所有任务都到达同步点之后，再继续往下执行。运行上面的程序，我们可以获得这样的输出：

图2 使用Barrier进行同步

#p#
更复杂的任务之间的同步

我们在使用Barrier进行并行任务之间的同步时，有这样一个缺陷，我们需要预先知道所有需要同步的并行任务的数目，如果这个数目是随机的，就无法使用Barrier进行任务之间的同步了。并行任务数目不定这种情况很常见。我们还是来看上文中看电影的例子，每场进电影院看电影的观众数目是不固定的，那么退场的观众也是不固定的，甚至还有中途退场的。当所有观众都退场后，我们需要打扫电影院的卫生。这里需要的同步的就是所有观众都退场。针对这种数目不定的多个并行任务，.NET Framework提供了CountdownEvent这个类来进行任务之间的同步。

就像它的名字一样，CountdownEvent基于这样一个简单的规则：当有新的需要同步的任务产生时，就调用AddCount增加它的计数，当有任务到达同步点是，就调用Signal函数减小它的计数，当CountdownEvent的计数为零时，就表示所有需要同步的任务已经完成，可以开始下一步任务了。下面我们利用CountdownEvent来模拟一下观众进场立场的情景。

 
 
 
   
  
  
  using System;    
  
  
  using System.Collections.Generic;    
  
  
  using System.Linq;    
  
  
  using System.Text;    
  
  
  using System.Threading;    
  
  
  using System.Threading.Tasks;    
  
  
       
  
  
   namespace CountdownEventDemo    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
       
  
  
   // 观众类，用来表示一位观众    
  
  
     
  
  
  class Customer    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  public Customer(int nID)    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  m_nID = nID;    
  
  
       
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  // 观众的ID    
  
  
     
  
  
  public int m_nID;    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  class Program    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  static void Main(string[] args)    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
   // 创建CountdownEvent同步对象    
  
  
     
  
  
   using (var countdown = new CountdownEvent(1))    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  // 产生一个随机数，表示观众的数目    
  
  
     
  
  
  Random countRandom = new Random(DateTime.Now.Millisecond);    
  
  
     
  
  
  int nCount = countRandom.Next(10);    
  
  
     
  
  
  // 构造每一位观众看电影的任务    
  
  
     
  
  
  Action[] seeafilm = new Action[ nCount ];    
  
  
     
  
  
  for (int i = 0; i < nCount; i++)    
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  // 构造Customer对象，表示观众    
  
  
     
  
  
  Customer currentCustomer = new Customer( i+1 );    
  
  
     
  
  
  seeafilm[i] = () =>   
  
  
     
  
  
  {    
  
  
     
  
  
  // 观众进场    
  
  
     
  
  
  countdown.AddCount();    
  
  
     
  
  
   Console.WriteLine("观众 {0} 进场。", currentCustomer.m_nID);    
  
  
     
  
  
   // 模拟看电影的时间    
  
  
     
  
  
  Thread.Sleep(countRandom.Next(3000,6000));    
  
  
     
  
  
  // 观众退场    
  
  
     
  
  
  countdown.Signal();    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine("观众 {0} 退场。", currentCustomer.m_nID);    
  
  
     
  
  
  };    
  
  
     
  
  
   }    
  
  
     
  
  
  //并行执行任务    
  
  
     
  
  
  Parallel.Invoke( seeafilm );    
  
  
     
  
  
  // 在此同步，最后CountdownEvent的计数变为零    
  
  
     
  
  
  countdown.Signal();    
  
  
     
  
  
  countdown.Wait();    
  
  
     
  
  
  }    
  
  
     
  
  
  Console.WriteLine("所有观众退场，开始打扫卫生。");    
  
  
     
  
  
  Console.ReadKey();    
  
  
     
  
  
  }

在这段代码中，我们使用CountdownEvent进行随机个数任务之间的同步。最后，我们可以得到这样的输出。

图3 使用CountdownEvent进行同步

通过Parallel.Invoke函数，我们可以轻松地将相互独立的任务并行执行，同时通过Barrier和CountdownEvent类进行任务之间的同步。这种并行计算的开发方式，比以前那种基于线程的并行计算开发方式简便很多，解放了程序员的脑袋，让他们可以把更多的脑力放到业务逻辑问题的解决之上。使用Parallel类，多快好省地开发并行计算应用程序。

【编辑推荐】

教你如何用好Visual Studio 2010层次验证
关注Visual Studio 2010中代码提示的改进
细数VS 2003到Visual Studio 2010的开发之路
Visual Studio 2010中Silverligh实现页面动态装配
Visual Studio 2010敏捷利剑：详解Scrum

分享文章：探究Visual Studio 2010中Parallel的使用
URL地址：http://www.shufengxianlan.com/qtweb/news28/494378.html

网站建设、网络推广公司-创新互联，是专注品牌与效果的网站制作，网络营销seo公司；服务项目有等

声明：本网站发布的内容（图片、视频和文字）以用户投稿、用户转载内容为主，如果涉及侵权请尽快告知，我们将会在第一时间删除。文章观点不代表本网站立场，如需处理请联系客服。电话：028-86922220；邮箱：631063699@qq.com。内容未经允许不得转载，或转载时需注明来源：创新互联

猜你还喜欢下面的内容