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有小夥伴問我每天忽悠的TPL是什麼?
☹️ 這次站位高一點,嚴肅講一講。
引言
俗話說,不想開飛機的程序員不是一名好爸爸;作爲微軟技術棧的老鳥,一直將代碼整潔之道奉爲經典, 優秀的程序員將優雅、高性能的代碼看成自己的臉面。
今天探討下我對.NET並行編程庫Task Parallel Library
的理解,開足馬力,準備壓榨CPU了。
技術背景
硬件線程和軟件線程
多核處理器帶有一個以上的物理內核:物理內核是真正的獨立處理單元,多個物理內核使得多條指令能夠同時並行運行。
硬件線程也稱爲邏輯內核,一個物理內核可能會使用超線程技術提供多個硬件線程,所以一個硬件線程並不代表一個物理內核。程序通過Environment.ProcessorCount
得到的就是邏輯內核(本人的機器是i5-5300U 虛擬4核), Windows中每個運行的程序都是一個進程,每一個進程都會創建並運行一個或多個線程,這些線程稱爲軟件線程,硬件線程就像是一條泳道,而軟件線程就是在其中游泳的人。
並行場景
.NET引入的Task Parallel Library(任務並行庫,TPL),動態地擴展併發度,以最有效的方式使用所有可用的處理器。
另外TPL支持分區工作、支持基於ThreadPool調度、支持取消異步操作、支持狀態管理。
通過TPL專注與讓程序完成你業務意義上的任務,同時最大限度的提高程序性能。
TPL同時支持數據並行、任務並行和流水線Dataflow
1.數據並行:有大量數據需要處理,並且必須對每一份數據執行同樣的操作;2.任務並行:通過任務併發運行不同的操作;3.流水線:任務並行和數據並行的結合體(需要引入System.Threading.Tasks.Dataflow組件庫)
其中1、3 已經在上文演示,本文就隨手拿數據並行、任務並行聊一聊。
編程實踐
1. 數據並行
找到100000以內素數的個數
上文[共享內存併發模型],代碼可做如下優化:
由每個線程獨立計算線程內迭代產生的素數和,最後再對幾個和求和。
using System;
using System.Threading.Tasks;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
using System.Diagnostics;
/// <summary>
/// 利用並行編程庫Parallel,計算100000內素數的個數
/// </summary>
namespace Paralleler
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Stopwatch sw = new Stopwatch();
sw.Start();
ShareMemory();
sw.Stop();
Console.WriteLine($"優化後的共享內存併發模型耗時:{sw.Elapsed}");
}
static void ShareMemory()
{
var sum = 0;
Parallel.For(1, 100000 + 1, () => 0, (x, state, local) =>
{
var f = true;
if (x == 1)
f = false;
for (int i = 2; i <= x / 2; i++)
{
if (x % i == 0) // 被[2,x/2]任一數字整除,就不是質數
f = false;
}
if (f == true)
local++;
return local;
},
local =>
{
Interlocked.Add(ref sum, local);
}
);
Console.WriteLine($"1-100000內質數的個數是{sum}");
}
}
}
參數1,2 表示數據並行要操作的對象;
參數3localInit
表示某線程內迭代的初始值,將會作爲參數4body
委託的第3個參數,只在線程第一次使用;
參數4body
表示每個迭代都需要經歷的執行體, 這裏以線程爲單元處理迭代;參數5
localFinally
對每個線程的輸出再做一次計算,入參是參數4的輸出。
2. 任務並行
讓許多方法並行運行的最簡單的方法就是使用Parallel類的Invoke
方法,Invoke方法接受一個Action的參數組
void System.Threading.Tasks.Parallel.Invoke(WatchMovie, HaveDinner, ReadBook, WriteBlog);
這段代碼會創建指向每一個方法的委託。
沒有特定的執行順序
Parallel.Invoke方法只有在4個方法全部完成之後纔會返回。它至少需要4個硬件線程才足以讓這4個方法併發運行。
但並不保證這4個方法能夠同時啓動運行,如果一個或者多個內核處於繁忙狀態,那麼底層的調度邏輯可能會延遲某些方法的初始化執行。
捕捉並行循環中發生的異常
當並行迭代中調用的委託拋出異常,這個異常沒有在委託中被捕獲到時,就會變成一組異常,新的System.AggregateException
負責處理這一組異常。
本文爲微軟TPL入門級教程,學習一個專題,瞭解特性/能力最重要, 剩下的就是結合場景去應用。
本文分享自微信公衆號 - 一線碼農聊技術(dotnetfly)。
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