C#并行编程之Parallel的使用
前言：在C#的System.Threading.Tasks 命名空间中有一个静态的并行类：Parallel，封装了Task的使用，对于执行大量任务提供了非常简便的操作。下面对他的使用进行介绍。
本篇内容：
1.1、Parallel.For 使用
1.2、Parallel.ForEach 使用
1.3、Parallel.Invoke 使用
1.4、ParallelOptions 选项配置
1.5、ParallelLoopResult 执行结果
1.6、ParallelLoopState 提前结束
1.7、Parallel的使用场景分析
1.1、Parallel.For 使用
首先创建一个控制台程序，本案例使用的是.net core 3.1，引入命名空间 using System.Threading。假设某个操作需要执行10次，从0到9代码如下：
static void ParallelFor(int num) { Console.WriteLine($"ParallelFor执行 {num} 次"); var list = new List(num); ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, num, i => { list.Add(new Product { Id = i, Name = "TestName" }); Console.WriteLine($"Task Id：{Task.CurrentId},Thread: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); Thread.Sleep(10); }); }
执行结果如下：
从打印信息可以看出，任务Id和线程都是无序的，在使用时需要注意。
Parallel.For 还提供了很多重载本版：
我们看一下带ParallelLoopState 参数的一个重载版本：ParallelLoopResult For(int fromInclusive, int toExclusive, Action<int, ParallelLoopState> body)
测试代码：
/// <summary> /// 提前终止 /// </summary> static void ParallelForAsyncAbort() { ParallelLoopResult result = Parallel.For(10, 100, async (int index, ParallelLoopState pls) => { Console.WriteLine($"index:{index} task:{Task.CurrentId},Thread:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); await Task.Delay(10); if (index > 30) pls.Break(); }); Console.WriteLine($"Is completed：{result.IsCompleted} LowestBreakIteration：{result.LowestBreakIteration}"); }
执行结果：
任务提前结束了，最小执行Break方法的索引为19
带参数：ParallelOptions的重载版本：
/// <summary> /// 执行500毫秒后取消 /// </summary> static void ParalletForCancel() { var cts = new CancellationTokenSource(); cts.Token.Register(() => { Console.WriteLine($"*** token canceled"); } ); // send a cancel after 500ms cts.CancelAfter(500); try { ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, 100, new ParallelOptions() { CancellationToken = cts.Token, }, x => { Console.WriteLine($"loop {x} started"); int sum = 0; for (int i = 0; i < 100; i++) { Thread.Sleep(2); sum += i; } Console.WriteLine($"loop {x} finished"); }); } catch (OperationCanceledException ex) { Console.WriteLine(ex.Message); } }
任务执行一段时间后取消了
1.2、Parallel.ForEach 使用
ForEach方法可用于对集合，数组，或枚举进行循环操作，下面进行简单使用：
//简单使用 static void ParallelForEach() { string[] data = { "zero", "one", "two", "three", "four", "five", "six", "seven", "eight", "nine", "ten" }; ParallelLoopResult result = Parallel.ForEach(data, a => { Console.WriteLine(a); }); }
执行结果：
请注意循环的执行是无序的，我们打印出执行顺序：
//带索引的循环操作 static void ParallelForEach2() { string[] data = { "zero", "one", "two", "three", "four", "five", "six", "seven", "eight", "nine", "ten" }; ParallelLoopResult result = Parallel.ForEach<string>(data, (str, psl, index) => { Console.WriteLine($"str：{str} index：{index}"); }); }
执行结果：
ForEach同样支持提前结束和取消操作：
1.3、Parallel.Invoke 使用
Invoke主要用于操作（任务）并行，能同时执行多个操作，并尽可能的同时执行。
简单使用：
static void ParallelInvoke() { Parallel.Invoke(Foo, Bar); } static void Foo() { Console.WriteLine("Foo"); } static void Bar() { Console.WriteLine("Bar"); }
大于10个操作：
static void ParallelInvoke2() { Action action = () => { Console.WriteLine($"Thread Id:{Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }; Parallel.Invoke(action, action, action, action, action, action, action, action, action, action, action); Console.WriteLine("Parallel.Invoke 执行完毕"); }
如果任务不超过10个，Invoke内部会使用Task.Factory.StartNew 创建任务，效率不高，不如直接使用Task。
1.4、ParallelOptions 选项配置
ParallelOptions是一个选项配置，有三个属性：
1.4.1、CancellationToken-定义取消令牌，处理任务被取消后的一些操作
1.4.2、MaxDegreeOfParallelism-设置最大并发限制，默认-1
1.4.3、TaskScheduler 指定任务调度器
1.5、ParallelLoopResult 执行结果
ParallelLoopResult，并发循环结果，有两个属性：
IsCompleted-任务是否执行完
LowestBreakIteration-调用Break方法的最小任务的索引
1.6、ParallelLoopState 提前结束
ParallelLoopState 用于提前结束循环操作，比如搜索算法，已找到结果提前结束查询。
有两个方法：
Break: 告知 Parallel 循环应在系统方便的时候尽早停止执行当前迭代之外的迭代
Stop：告知 Parallel 循环应在系统方便的时候尽早停止执行。
如果循环之外还有需要执行的代码则用Break,否则使用Stop
1.7、Parallel的使用场景分析
1.7.1、Parallel.Invoke 使用特点：
1、如果操作小于10个，使用Task.Factory.StartNew 或者Task.Run 效率更高
2、适合用于执行大量操作且无需返回结果的场景
1.7.2、Parallel.For 使用特点：
1、带索引的大量循环操作
1.7.3、Parallel.ForEach 使用特点：
1、大数据集（数组，集合，枚举集）的循环执行
1.7.4、注意事项：
1、循环操作是无序的，如果需要顺序直接请使用同步执行
2、如果涉及操作共享变量请使用线程同步锁
3、如果是简单、量大且无等待的操作可能并不适用，同步执行可能更快
4、注意错误的处理，如果是带数据库的操作请注意事务的使用
5、个人测试，Parallel.ForEach 的使用效率比Parallel.For更高
性能测试代码如下：
#region 性能测试 private static void TestPerformance() { int num = 10; Console.WriteLine($"测试执行：{num}次"); Console.WriteLine(); Stopwatch stopwatch = new Stopwatch(); stopwatch.Start(); ParallelFor(num); stopwatch.Stop(); Console.WriteLine($"耗时：{stopwatch.ElapsedMilliseconds}"); Console.WriteLine(); stopwatch.Restart(); ParallelForEach(num); stopwatch.Stop(); Console.WriteLine($"耗时：{stopwatch.ElapsedMilliseconds}"); Console.WriteLine(); stopwatch.Restart(); Sync(num); stopwatch.Stop(); Console.WriteLine($"耗时：{stopwatch.ElapsedMilliseconds}"); Console.WriteLine(); stopwatch.Restart(); TaskTest(num); stopwatch.Stop(); Console.WriteLine($"耗时：{stopwatch.ElapsedMilliseconds}"); } static void ParallelFor(int num) { Console.WriteLine($"ParallelFor执行 {num} 次"); var list = new List<Product>(num); ParallelLoopResult result = Parallel.For(0, num, i => { list.Add(new Product { Id = i, Name = "TestName" }); //去掉Thread的代码模拟简单业务操作 Thread.Sleep(10); }); } static void Sync(int num) { Console.WriteLine($"同步执行 {num} 次"); var list = new List<Product>(num); for (int i = 0; i < num; i++) { list.Add(new Product { Id = i, Name = "TestName" }); Thread.Sleep(10); } } static void ParallelForEach(int num) { string[] datas = new string[num]; Console.WriteLine($"ParallelForEach执行 {num} 次"); var list = new List<Product>(num); Parallel.ForEach(datas, (s, pls, i) => { list.Add(new Product { Id = (int)i, Name = "TestName" }); Thread.Sleep(10); }); } static void TaskTest(int num) { Console.WriteLine($"Task 执行 {num} 次"); var list = new List<Product>(num); while (num > 0) { Task.Run(() => { list.Add(new Product { Id = num, Name = "TestName" }); }); Thread.Sleep(10); num--; } } #endregion
简单任务性能测试：
复杂任务性能测试模拟：
以上是我对Parallel的学习和使用经验总结，欢迎大家一起交流和学习。
参考：《C#高级编程第4版》、微软官网
