用上Parallel讓你的.NET應用效率飆升

簡介

.NET Framework 和 .NET Core 提供了強大的並行編程支持，其中一個核心工具就是Parallel類。Parallel類是.NET Framework4.0推出的新特性。Parallel類使得在多核系統上執行並行操作變得更加簡單和高效。通過並行編程，可以充分利用現代電腦系統的硬體資源，提高應用程式的性能。本文將介紹它的幾種功能。

一、Parallel庫的主要功能

1、並行迴圈

Parallel.ForEach和 Parallel.For方法允許開發人員方便地並行遍歷集合或執行一定數量的迭代。這使得處理大規模數據集時，特別是在迭代操作中，能夠更快地完成任務。 在執行過程中會涉及多線程，因為它被設計用於並行處理集合中的元素。在這個過程中，它們會根據系統的可用處理器核心數量自動創建並管理多個線程，每個線程負責處理集合中的一個子集。

List<int> numbers = Enumerable.Range(1, 1000000).ToList();

Parallel.ForEach(numbers, (num) =>
{
    // 執行並行操作
    Console.WriteLine(num);
});

2、 PLINQ（Parallel LINQ）

PLINQ 是 Parallel Language-Integrated Query 的縮寫，它允許在 LINQ 查詢中應用並行化。通過使用 `AsParallel()` 方法，可以將普通的 LINQ 查詢轉換為並行查詢，從而提高查詢性能。

var result = from num in numbers.AsParallel()
             where num % 2 == 0
             select num;

3、並行任務

Parallel.Invoke方法允許同時執行多個委托，無需等待它們全部完成。這對於執行多個獨立任務的場景非常有用。

Parallel.Invoke(
    () => DoTask1(),
    () => DoTask2(),
    () => DoTask3()
);

4、數據分區

Parallel.ForEach 和 Parallel.For方法允許指定數據分區方式，從而更好地控制並行執行的方式。通過使用 Partitioner類，可以實現更靈活的數據分區策略。

var partitioner = Partitioner.Create(numbers, true);
Parallel.ForEach(partitioner, (num) =>
{
    // 執行並行操作
    Console.WriteLine(num);
});

並行編程的Parallel.ForEach 和 Parallel.For方法有它們的非同步方法Parallel.ForEachAsync和Parallel.ForAsync，大家可以根據項目情況來調用。需要註意的是ForEachAsync僅支持.NET6以上版本，Parallel.ForAsync僅支持剛發佈的.NET 8。

二、Parallel的原理

Parallel庫是.NET中的一個強大工具，它的實現基於工作竊取演算法、任務分解、併發集合和線程池等關鍵技術。通過將任務分解為多個子任務，並採用工作竊取演算法實現任務的高效調度，Parallel庫有效地利用了系統的多核處理能力。此外，它提供了對併發集合的支持，避免了多線程訪問時的潛在問題。通過這些機制，Parallel庫簡化了並行編程的複雜性，使開發人員能夠以更輕鬆的方式利用並行性，提高應用程式的性能和響應能力，而無需深入處理底層線程管理的細節。

三、使用案例

圖像處理

考慮一個圖像處理的場景，我們需要對一批圖像進行模糊處理。傳統的串列方法可能會導致處理時間過長，而使用並行編程可以顯著提高處理速度。

public void BlurImages(List<Image> images)
{
    Parallel.ForEach(images, (image) =>
    {
        // 調用圖像處理庫進行模糊處理
        ImageProcessor.Blur(image);
    });
}

在這個例子中，Parallel.ForEach使得每張圖片都可以在不同的處理單元上並行執行模糊處理操作，從而提高處理圖片效率。

結語

通過.NET中的Parallel庫，開發人員可以更輕鬆地利用多核系統的性能優勢，提高應用程式的並行處理能力。並行編程不僅能夠簡化代碼，還能顯著提高程式的執行效率，特別是在處理大規模數據集或執行密集計算任務時。合理使用Parallel庫，可以使應用程式更具擴展性、響應性和性能。

雖然Parallel類為並行編程提供了便利性，但也伴隨著一些潛在缺點。這包括調試的複雜性，因為並行程式可能引入難以追蹤的問題，線程安全性的挑戰，需要小心管理共用數據的訪問，以及性能開銷的可能性，包括線程創建和上下文切換。並行編程還引入了代碼的複雜性，可能導致死鎖、饑餓和任務劃分不均等問題。在使用Parallel時，開發人員需要根據項目情況酌情使用。

希望本文.NET開發者有所幫助，對於.NET的Parallel並行編程你還知道哪些？歡迎留言討論或者吐槽本文。

參考：

1、微軟官網：learn.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.threading.tasks.parallel?view=net-8.0

2、AI查詢

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來源公眾號：DotNet開發跳槽❀