C#并行和多线程编程

—— 第二天 并行集合和PLinq
我们学习了Parallel的用法。并行编程，本质上是多线程的编程，那么当多个线程同时处理一个任务的时候，必然会出现资源访问问题，及所谓的线程安全。就像现实中，我们开发项目，就是一个并行的例子，把不同的模块分给不同的人，同时进行，才能在短的时间内做出大的项目。如果大家都只管自己写自己的代码，写完后发现合并不到一起，那么这种并行就没有了意义。
　　并行算法的出现，随之而产生的也就有了并行集合，及线程安全集合；微软向的也算周到，没有忘记linq，也推出了linq的并行版本，plinq - Parallel Linq.

一、并行集合 —— 线程安全集合
　　并行计算使用的多个线程同时进行计算，所以要控制每个线程对资源的访问，我们先来看一下平时常用的List<T>集合，在并行计算下的表现，新建一个控制台应用程序，添加一个PEnumerable类(当然你也直接写到main方法里面测试，建议分开写)，写如下方法：
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Collections.Concurrent;

namespace ThreadPool
{
public class PEnumerable
{
public static void ListWithParallel()
{
List<int> list = new List<int>();
Parallel.For(0, 10000, item =>
{
list.Add(item);
});
Console.WriteLine("List's count is {0}",list.Count());
}
}
}
点击F5运行，得到如下结果：

image

看到结果中显示的5851，但是我们循环的是10000次啊！怎么结果不对呢？这是因为List<T>是非线程安全集合，意思就是说所有的线程都可以修改他的值。

下面我们来看下并行集合 —— 线程安全集合，在System.Collections.Concurrent命名空间中，首先来看一下ConcurrentBag<T>泛型集合，其用法和List<T>类似，先来写个方法测试一下：
public static void ConcurrentBagWithPallel()
{
ConcurrentBag<int> list = new ConcurrentBag<int>();
Parallel.For(0, 10000, item =>
{
list.Add(item);
});
Console.WriteLine("ConcurrentBag's count is {0}", list.Count());
}
同时执行两个方法，结果如下：

![public static void ConcurrentBagWithPallel()
{
ConcurrentBag<int> list = new ConcurrentBag<int>();
Parallel.For(0, 10000, item =>
{
list.Add(item);
});
Console.WriteLine("ConcurrentBag's count is {0}", list.Count());
int n = 0;
foreach(int i in list)
{
if (n > 10)
break;
n++;
Console.WriteLine("Item[{0}] = {1}",n,i);
}
Console.WriteLine("ConcurrentBag's max item is {0}", list.Max());

  }](https://img.haomeiwen.com/i8512409/641a5947c058d64b.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240)

可以看到，ConcurrentBag集合的结果是正确的。下面我们修改代码看看ConcurrentBag里面的数据到底是怎么存放的，修改代码如下：
先来看一下运行结果：

image

可以看到，ConcurrentBag中的数据并不是按照顺序排列的，顺序是乱的，随机的。我们平时使用的Max、First、Last等linq方法都还有。其时分类似Enumerable的用法，大家可以参考微软的MSDN了解它的具体用法。

关于线程安全的集合还有很多，和我们平时用的集合都差不多，比如类似Dictionary的ConcurrentDictionary，还有ConcurrentStack，ConcurrentQueue等。

** 二、Parallel Linq的用法及性能**

1、AsParallel

前面了解了并行的For和foreach,今天就来看一下Linq的并行版本是怎么样吧？为了测试，我们添加一个Custom类，代码如下：

public class Custom
{
public string Name { get; set; }
public int Age { get; set; }
public string Address { get; set; }
}
写如下测试代码：

public static void TestPLinq()
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
List<Custom> customs = new List<Custom>();
for (int i = 0; i < 2000000; i++)
{
customs.Add(new Custom() { Name = "Jack", Age = 21, Address = "NewYork" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Jime", Age = 26, Address = "China" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Tina", Age = 29, Address = "ShangHai" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Luo", Age = 30, Address = "Beijing" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Wang", Age = 60, Address = "Guangdong" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Feng", Age = 25, Address = "YunNan" });
}

     sw.Start();
     var result = customs.Where<Custom>(c => c.Age > 26).ToList();
     sw.Stop();
     Console.WriteLine("Linq time is {0}.",sw.ElapsedMilliseconds);

     sw.Restart();
     sw.Start();
     var result2 = customs.AsParallel().Where<Custom>(c => c.Age > 26).ToList();
     sw.Stop();
     Console.WriteLine("Parallel Linq time is {0}.", sw.ElapsedMilliseconds);
  }

其实也就是加了一个AsParallel()方法，下面来看下运行结果：

image

时间相差了一倍，不过有时候不会相差这么多，要看系统当前的资源利用率。大家可以多测试一下。

其实，AsParallel()这个方法可以应用与任何集合，包括List<T>集合，从而提高查询速度和系统性能。

2、GroupBy方法

在项目中，我们经常要对数据做处理，比如分组统计，我们知道在linq中也可以实现，今天来学习一下新的ToLookup方法，写一个测试方法，代码如下：

public static void OrderByTest()
{
Stopwatch stopWatch = new Stopwatch();
List<Custom> customs = new List<Custom>();
for (int i = 0; i < 2000000; i++)
{
customs.Add(new Custom() { Name = "Jack", Age = 21, Address = "NewYork" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Jime", Age = 26, Address = "China" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Tina", Age = 29, Address = "ShangHai" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Luo", Age = 30, Address = "Beijing" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Wang", Age = 60, Address = "Guangdong" });
customs.Add(new Custom() { Name = "Feng", Age = 25, Address = "YunNan" });
}

     stopWatch.Restart();
     var groupByAge = customs.GroupBy(item => item.Age).ToList();
     foreach (var item in groupByAge)
     {
        Console.WriteLine("Age={0},count = {1}", item.Key, item.Count());
     }
     stopWatch.Stop();

     Console.WriteLine("Linq group by time is: " + stopWatch.ElapsedMilliseconds);


     stopWatch.Restart();
     var lookupList = customs.ToLookup(i => i.Age);
     foreach (var item in lookupList)
     {
        Console.WriteLine("LookUP:Age={0},count = {1}", item.Key, item.Count());
     }
     stopWatch.Stop();
     Console.WriteLine("LookUp group by time is: " + stopWatch.ElapsedMilliseconds);
  }

运行结果如下：

image

ToLookup方法是将集合转换成一个只读集合，所以在大数据量分组时性能优于List.大家可以查阅相关资料，这里由于篇幅问题，不再细说。