C# 并行和多线程编程——并行集合和PLinq

C# 并行和多线程编程——并行集合和PLinq 完整攻略

简介

C# 并行编程是一种高效利用多核CPU来加速应用程序运行的方法。通过将工作分配到多个线程或多个进程上，可以实现任务的并行处理。在C#中，常见的并行编程方法是多线程编程和并行集合。其中，多线程编程是指使用标准的线程和锁机制来进行线程之间的同步与通信，而并行集合则是指一组专为并行编程而设计的数据结构，它们可以在多个线程之间安全地共享数据。

PLinq 是一个Linq的扩展，它允许Linq查询在多个线程上并行执行。通过使用PLinq，可以将一个查询拆分成多个小的任务，这些任务可以在多个线程上并发执行，从而提高了查询的性能。

并行集合

并行集合是线程安全的集合，它们能够在多个线程上安全地共享数据。在C#中，常见的并行集合有：

• ConcurrentBag：一个无序的线程安全的集合，允许重复的元素。
• ConcurrentDictionary：一个线程安全的哈希表，允许多个线程同时读取、写入数据。
• ConcurrentQueue：一个先进先出（FIFO）的线程安全队列。
• ConcurrentStack：一个后进先出（LIFO）的线程安全栈。

并行集合中的某些方法，比如 Add()、Remove()等方法是线程安全的。因此，多个线程也可以同时对集合进行操作。但是，需要注意的是，有些方法是不可靠并且会破坏数据的完整性，比如在ConcurrentBag集合中，Take()方法会从集合中弹出一个元素，但不保证这个元素是第一个或最后一个元素。取出的元素是随机的。

下面是一个使用ConcurrentDictionary的示例：

ConcurrentDictionary<string, int> dict = new ConcurrentDictionary<string, int>();
Parallel.For(0, 100000, i =>
{
    dict.TryAdd(i.ToString(), i);
});
Console.WriteLine($"ConcurrentDictionary contains {dict.Count} items.");

这个例子首先创建了一个ConcurrentDictionary，然后使用Parallel.For方法并行地向其中添加100000个键值对。最后，输出ConcurrentDictionary的键值对数。

PLinq

PLinq是Parallel Linq的简称。它是Linq的一个扩展，用于支持查询的并行执行。PLinq会根据数据量的大小、计算和网络等因素来自动决定是否使用并行执行。

下面是一个简单示例，它使用PLinq在一个数组中查找大于10的数字：

int[] numbers = Enumerable.Range(0, 1000000).ToArray();
 var parQuery = from num in numbers.AsParallel()
                             where num > 10
                             select num;
Console.WriteLine(parQuery.Count());

在这个示例中，首先创建了一个包含1000000个数字的数组，然后使用AsParallel()方法将查询转换为PLinq查询。接着在查询中使用where子句筛选出大于10的数字，最后调用Count()方法获取符合条件的数字的数目。AsParallel()方法会根据数据量的大小、计算和网络等因素来自动决定是否使用并行执行。

结论

通过使用并行集合和PLinq，可以大幅提升程序运行的效率。并行集合提供了安全地共享数据的方法，PLinq则允许我们并行地查询数据。但是需要注意的是，并行编程需要更多的资源和更好的算法调度，否则会导致效率降低的情况。因此，在编写并发代码时，应当仔细考虑资源的利用和算法的选择。