平行運算 (一)：Parallel.For、Parallel.Foreach 用法及技巧

2010-05-08

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ASP.NET
2010-05-10

.NET Framework 4.0 增進了許多許多的功能，其中最令人興奮之一就是在平行運算(多執行緒)應用，將語法簡化的異常簡單，
對於平行運算的運作方式以及原理，可以參閱黃忠成老師的文章，可以有非常大的收穫，
這邊分享一下，實際運用Parallel.For、Parallel.Foreach的應用及一些技巧。

首先來我們來產生測試資料


//產生測試資料
List<string> testData = new List<string>();

//產生亂數字串
for (int i = 0; i < 100000; i++)
{
     testData.Add(Rand.RndChars(2, 10));
}

其中 Rand.RndChars 是自己寫的產生亂數字串Method

現在做一個實驗，我要取得測試資料中包含a 或包含 abc的字串，
分別利用 Foreach 、 Parallel.For 、 Parallel.Foreach 方式來比較執行的時間

Foreach


//紀錄結果用
List<string> resultData = new List<string>();

//找出 testData 中包含a 或 包含 abc的字串
foreach (var item in testData)
{
     if (item.Contains("a") || item.Contains("abc"))
     {
            resultData.Add(item);       
     }
}

這段語法很簡單，取出 testData中符合條件的資料，存入 resultData。

Parallel.For


            //紀錄結果用
            List<string> resultData = new List<string>();

            Parallel.For(0, testData.Count() - 1, (i, loopState) =>
            {
                string data = testData[i];
                if (data.Contains("a") || data.Contains("abc"))
                {
                    resultData.Add(data);                    
                }
            });

這邊說明一下 Parallel.For 的用法，
public static ParallelLoopResult For(int fromInclusive, int toExclusive, Action<int> body);
public static ParallelLoopResult For(int fromInclusive, int toExclusive, Action<int, ParallelLoopState> body);
這是最常使用的重載，其中 fromInclusive 是起始元素索引、toExclusive 是結束元素索引，用法與 for 一樣，
其中 Action<int,ParalleLoopState> 表示要執行的delegate

重要!!

在執行 Parallel.For 的範例時，一定會碰到一個很詭異的狀況，
有時候執行會正常，有時候會跳出以下的錯誤訊息

這是因為 在 .Net 3.5 之前所提供的所有 Collections 都不是 thread-safe 的，必須使用.Net 4.0 ， System.Collections.Concurrent Namespace 下的泛型

因此這邊我們改寫一下語法


        //紀錄結果用       
        ConcurrentStack<string> resultData2 = new ConcurrentStack<string>();

        Parallel.For(0, testData.Count() - 1, (i, loopState) =>
        {
            string data = testData[i];
            if (data.Contains("a") || data.Contains("abc"))
            {
                resultData2.Push(data);
             }
         });

改用 .Net 4.0 下提供的 ConcurrentStack<T>，來儲存結果

Parallel.Foreach


        //紀錄結果用        
        ConcurrentStack<string> resultData2 = new ConcurrentStack<string>();

        Parallel.ForEach(testData, (item, loopState) =>
        {
            if (item.Contains("a") || item.Contains("abc"))
            {
                resultData2.Push(item);
            }
        });

public static ParallelLoopResult ForEach<TSource>( IEnumerable<TSource> source, Action<TSource, ParallelLoopState> body )
第一個參數 source 是使用資料來源，第二個參數 Action<TSource, ParallelLoopState> 是要執行的delegate

測試結果

寫完以上語法後，
來比較一下效能吧

分別執行了20次，數字單位為 ms。

foreach:	19	Parallel.For:	8	Parallel.ForEach:	8
foreach:	21	Parallel.For:	7	Parallel.ForEach:	7
foreach:	20	Parallel.For:	7	Parallel.ForEach:	7
foreach:	19	Parallel.For:	7	Parallel.ForEach:	6
foreach:	20	Parallel.For:	7	Parallel.ForEach:	8
foreach:	19	Parallel.For:	5	Parallel.ForEach:	8
foreach:	20	Parallel.For:	9	Parallel.ForEach:	6
foreach:	19	Parallel.For:	8	Parallel.ForEach:	7
foreach:	19	Parallel.For:	8	Parallel.ForEach:	8
foreach:	19	Parallel.For:	8	Parallel.ForEach:	7
foreach:	17	Parallel.For:	6	Parallel.ForEach:	7
foreach:	17	Parallel.For:	7	Parallel.ForEach:	4
foreach:	18	Parallel.For:	6	Parallel.ForEach:	5
foreach:	17	Parallel.For:	4	Parallel.ForEach:	5
foreach:	18	Parallel.For:	5	Parallel.ForEach:	7
foreach:	20	Parallel.For:	9	Parallel.ForEach:	6
foreach:	19	Parallel.For:	8	Parallel.ForEach:	6
foreach:	19	Parallel.For:	9	Parallel.ForEach:	5
foreach:	19	Parallel.For:	7	Parallel.ForEach:	5
foreach:	21	Parallel.For:	7	Parallel.ForEach:	7