Como: Escrever um loop Parallel.For simples
Este tópico contém dois exemplos que ilustram o Parallel.For método. O primeiro usa a sobrecarga do Parallel.For(Int64, Int64, Action<Int64>) método, e o segundo usa a Parallel.For(Int32, Int32, Action<Int32>) sobrecarga, as duas sobrecargas mais simples do Parallel.For método. Você pode usar essas duas sobrecargas do Parallel.For método quando não precisar cancelar o loop, interromper as iterações do loop ou manter qualquer estado thread-local.
Nota
Esta documentação usa expressões lambda para definir delegados na TPL. Se você não estiver familiarizado com expressões lambda em C# ou Visual Basic, consulte Expressões lambda em PLINQ e TPL.
O primeiro exemplo calcula o tamanho dos arquivos em um único diretório. O segundo calcula o produto de duas matrizes.
Exemplo de tamanho de diretório
Este exemplo é um utilitário de linha de comando simples que calcula o tamanho total dos arquivos em um diretório. Ele espera um único caminho de diretório como argumento e relata o número e o tamanho total dos arquivos nesse diretório. Depois de verificar se o diretório existe, ele usa o Parallel.For método para enumerar os arquivos no diretório e determinar seus tamanhos de arquivo. Cada tamanho de arquivo é então adicionado à totalSize variável. Observe que a adição é realizada chamando o para que a adição seja executada Interlocked.Add como uma operação atômica. Caso contrário, várias tarefas poderiam tentar atualizar a totalSize variável simultaneamente.
using System;
using System.IO;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
public class Example
{
public static void Main(string[] args)
{
long totalSize = 0;
if (args.Length == 0) {
Console.WriteLine("There are no command line arguments.");
return;
}
if (! Directory.Exists(args[0])) {
Console.WriteLine("The directory does not exist.");
return;
}
String[] files = Directory.GetFiles(args[0]);
Parallel.For(0, files.Length,
index => { FileInfo fi = new FileInfo(files[index]);
long size = fi.Length;
Interlocked.Add(ref totalSize, size);
} );
Console.WriteLine($"Directory '{args[0]}':");
Console.WriteLine("{0:N0} files, {1:N0} bytes", files.Length, totalSize);
}
}
// The example displaysoutput like the following:
// Directory 'c:\windows\':
// 32 files, 6,587,222 bytes
Imports System.IO
Imports System.Threading
Imports System.Threading.Tasks
Module Example
Public Sub Main()
Dim totalSize As Long = 0
Dim args() As String = Environment.GetCommandLineArgs()
If args.Length = 1 Then
Console.WriteLine("There are no command line arguments.")
Return
End If
If Not Directory.Exists(args(1))
Console.WriteLine("The directory does not exist.")
Return
End If
Dim files() As String = Directory.GetFiles(args(1))
Parallel.For(0, files.Length,
Sub(index As Integer)
Dim fi As New FileInfo(files(index))
Dim size As Long = fi.Length
Interlocked.Add(totalSize, size)
End Sub)
Console.WriteLine("Directory '{0}':", args(1))
Console.WriteLine("{0:N0} files, {1:N0} bytes", files.Length, totalSize)
End Sub
End Module
' The example displays output like the following:
' Directory 'c:\windows\':
' 32 files, 6,587,222 bytes
Exemplo de matriz e cronômetro
Este exemplo usa o Parallel.For método para calcular o produto de duas matrizes. Ele também mostra como usar a System.Diagnostics.Stopwatch classe para comparar o desempenho de um loop paralelo com um loop não paralelo. Observe que, como ele pode gerar um grande volume de saída, o exemplo permite que a saída seja redirecionada para um arquivo.
using System;
using System.Diagnostics;
using System.Runtime.InteropServices;
using System.Threading.Tasks;
class MultiplyMatrices
{
#region Sequential_Loop
static void MultiplyMatricesSequential(double[,] matA, double[,] matB,
double[,] result)
{
int matACols = matA.GetLength(1);
int matBCols = matB.GetLength(1);
int matARows = matA.GetLength(0);
for (int i = 0; i < matARows; i++)
{
for (int j = 0; j < matBCols; j++)
{
double temp = 0;
for (int k = 0; k < matACols; k++)
{
temp += matA[i, k] * matB[k, j];
}
result[i, j] += temp;
}
}
}
#endregion
#region Parallel_Loop
static void MultiplyMatricesParallel(double[,] matA, double[,] matB, double[,] result)
{
int matACols = matA.GetLength(1);
int matBCols = matB.GetLength(1);
int matARows = matA.GetLength(0);
// A basic matrix multiplication.
// Parallelize the outer loop to partition the source array by rows.
Parallel.For(0, matARows, i =>
{
for (int j = 0; j < matBCols; j++)
{
double temp = 0;
for (int k = 0; k < matACols; k++)
{
temp += matA[i, k] * matB[k, j];
}
result[i, j] = temp;
}
}); // Parallel.For
}
#endregion
#region Main
static void Main(string[] args)
{
// Set up matrices. Use small values to better view
// result matrix. Increase the counts to see greater
// speedup in the parallel loop vs. the sequential loop.
int colCount = 180;
int rowCount = 2000;
int colCount2 = 270;
double[,] m1 = InitializeMatrix(rowCount, colCount);
double[,] m2 = InitializeMatrix(colCount, colCount2);
double[,] result = new double[rowCount, colCount2];
// First do the sequential version.
Console.Error.WriteLine("Executing sequential loop...");
Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
stopwatch.Start();
MultiplyMatricesSequential(m1, m2, result);
stopwatch.Stop();
Console.Error.WriteLine("Sequential loop time in milliseconds: {0}",
stopwatch.ElapsedMilliseconds);
// For the skeptics.
OfferToPrint(rowCount, colCount2, result);
// Reset timer and results matrix.
stopwatch.Reset();
result = new double[rowCount, colCount2];
// Do the parallel loop.
Console.Error.WriteLine("Executing parallel loop...");
stopwatch.Start();
MultiplyMatricesParallel(m1, m2, result);
stopwatch.Stop();
Console.Error.WriteLine("Parallel loop time in milliseconds: {0}",
stopwatch.ElapsedMilliseconds);
OfferToPrint(rowCount, colCount2, result);
// Keep the console window open in debug mode.
Console.Error.WriteLine("Press any key to exit.");
Console.ReadKey();
}
#endregion
#region Helper_Methods
static double[,] InitializeMatrix(int rows, int cols)
{
double[,] matrix = new double[rows, cols];
Random r = new Random();
for (int i = 0; i < rows; i++)
{
for (int j = 0; j < cols; j++)
{
matrix[i, j] = r.Next(100);
}
}
return matrix;
}
private static void OfferToPrint(int rowCount, int colCount, double[,] matrix)
{
Console.Error.Write("Computation complete. Print results (y/n)? ");
char c = Console.ReadKey(true).KeyChar;
Console.Error.WriteLine(c);
if (Char.ToUpperInvariant(c) == 'Y')
{
if (!Console.IsOutputRedirected &&
RuntimeInformation.IsOSPlatform(OSPlatform.Windows))
{
Console.WindowWidth = 180;
}
Console.WriteLine();
for (int x = 0; x < rowCount; x++)
{
Console.WriteLine($"ROW {x}: ");
for (int y = 0; y < colCount; y++)
{
Console.Write("{0:#.##} ", matrix[x, y]);
}
Console.WriteLine();
}
}
}
#endregion
}
Imports System.Diagnostics
Imports System.Runtime.InteropServices
Imports System.Threading.Tasks
Module MultiplyMatrices
#Region "Sequential_Loop"
Sub MultiplyMatricesSequential(ByVal matA As Double(,), ByVal matB As Double(,), ByVal result As Double(,))
Dim matACols As Integer = matA.GetLength(1)
Dim matBCols As Integer = matB.GetLength(1)
Dim matARows As Integer = matA.GetLength(0)
For i As Integer = 0 To matARows - 1
For j As Integer = 0 To matBCols - 1
Dim temp As Double = 0
For k As Integer = 0 To matACols - 1
temp += matA(i, k) * matB(k, j)
Next
result(i, j) += temp
Next
Next
End Sub
#End Region
#Region "Parallel_Loop"
Private Sub MultiplyMatricesParallel(ByVal matA As Double(,), ByVal matB As Double(,), ByVal result As Double(,))
Dim matACols As Integer = matA.GetLength(1)
Dim matBCols As Integer = matB.GetLength(1)
Dim matARows As Integer = matA.GetLength(0)
' A basic matrix multiplication.
' Parallelize the outer loop to partition the source array by rows.
Parallel.For(0, matARows, Sub(i)
For j As Integer = 0 To matBCols - 1
Dim temp As Double = 0
For k As Integer = 0 To matACols - 1
temp += matA(i, k) * matB(k, j)
Next
result(i, j) += temp
Next
End Sub)
End Sub
#End Region
#Region "Main"
Sub Main(ByVal args As String())
' Set up matrices. Use small values to better view
' result matrix. Increase the counts to see greater
' speedup in the parallel loop vs. the sequential loop.
Dim colCount As Integer = 180
Dim rowCount As Integer = 2000
Dim colCount2 As Integer = 270
Dim m1 As Double(,) = InitializeMatrix(rowCount, colCount)
Dim m2 As Double(,) = InitializeMatrix(colCount, colCount2)
Dim result As Double(,) = New Double(rowCount - 1, colCount2 - 1) {}
' First do the sequential version.
Console.Error.WriteLine("Executing sequential loop...")
Dim stopwatch As New Stopwatch()
stopwatch.Start()
MultiplyMatricesSequential(m1, m2, result)
stopwatch.[Stop]()
Console.Error.WriteLine("Sequential loop time in milliseconds: {0}", stopwatch.ElapsedMilliseconds)
' For the skeptics.
OfferToPrint(rowCount, colCount2, result)
' Reset timer and results matrix.
stopwatch.Reset()
result = New Double(rowCount - 1, colCount2 - 1) {}
' Do the parallel loop.
Console.Error.WriteLine("Executing parallel loop...")
stopwatch.Start()
MultiplyMatricesParallel(m1, m2, result)
stopwatch.[Stop]()
Console.Error.WriteLine("Parallel loop time in milliseconds: {0}", stopwatch.ElapsedMilliseconds)
OfferToPrint(rowCount, colCount2, result)
' Keep the console window open in debug mode.
Console.Error.WriteLine("Press any key to exit.")
Console.ReadKey()
End Sub
#End Region
#Region "Helper_Methods"
Function InitializeMatrix(ByVal rows As Integer, ByVal cols As Integer) As Double(,)
Dim matrix As Double(,) = New Double(rows - 1, cols - 1) {}
Dim r As New Random()
For i As Integer = 0 To rows - 1
For j As Integer = 0 To cols - 1
matrix(i, j) = r.[Next](100)
Next
Next
Return matrix
End Function
Sub OfferToPrint(ByVal rowCount As Integer, ByVal colCount As Integer, ByVal matrix As Double(,))
Console.Error.Write("Computation complete. Display results (y/n)? ")
Dim c As Char = Console.ReadKey(True).KeyChar
Console.Error.WriteLine(c)
If Char.ToUpperInvariant(c) = "Y"c Then
If Not Console.IsOutputRedirected AndAlso
RuntimeInformation.IsOSPlatform(OSPlatform.Windows) Then Console.WindowWidth = 168
Console.WriteLine()
For x As Integer = 0 To rowCount - 1
Console.WriteLine("ROW {0}: ", x)
For y As Integer = 0 To colCount - 1
Console.Write("{0:#.##} ", matrix(x, y))
Next
Console.WriteLine()
Next
End If
End Sub
#End Region
End Module
Ao paralelizar qualquer código, incluindo loops, um objetivo importante é utilizar os processadores tanto quanto possível sem paralelizar demais até o ponto em que a sobrecarga para processamento paralelo anula quaisquer benefícios de desempenho. Neste exemplo em particular, apenas o loop externo é paralelizado porque não há muito trabalho realizado no loop interno. A combinação de uma pequena quantidade de trabalho e efeitos de cache indesejáveis pode resultar em degradação do desempenho em loops paralelos aninhados. Portanto, paralelizar apenas o loop externo é a melhor maneira de maximizar os benefícios da simultaneidade na maioria dos sistemas.
O Delegado
O terceiro parâmetro dessa sobrecarga de For é um delegado do tipo Action<int> em C# ou Action(Of Integer) no Visual Basic. Um Action delegado, quer tenha zero, um ou dezesseis parâmetros de tipo, sempre retorna void. No Visual Basic, o comportamento de um Action é definido com um Subarquivo . O exemplo usa uma expressão lambda para criar o delegado, mas você também pode criar o delegado de outras maneiras. Para obter mais informações, consulte Expressões do Lambda em PLINQ e TPL.
O valor da iteração
O delegado usa um único parâmetro de entrada cujo valor é a iteração atual. Esse valor de iteração é fornecido pelo tempo de execução e seu valor inicial é o índice do primeiro elemento no segmento (partição) da fonte que está sendo processada no thread atual.
Se você precisar de mais controle sobre o nível de simultaneidade, use uma das sobrecargas que usa um System.Threading.Tasks.ParallelOptions parâmetro de entrada, como: Parallel.For(Int32, Int32, ParallelOptions, Action<Int32,ParallelLoopState>).
Valor de retorno e tratamento de exceções
For retorna usar um System.Threading.Tasks.ParallelLoopResult objeto quando todos os threads tiverem sido concluídos. Esse valor de retorno é útil quando você está parando ou quebrando a iteração de loop manualmente, porque armazena ParallelLoopResult informações como a última iteração que foi executada até a conclusão. Se uma ou mais exceções ocorrerem em um dos tópicos, um System.AggregateException será lançado.
No código deste exemplo, o valor de retorno de For não é usado.
Análise e Desempenho
Pode utilizar o Assistente de Desempenho para ver a utilização da CPU no computador. Como experimento, aumente o número de colunas e linhas nas matrizes. Quanto maiores as matrizes, maior a diferença de desempenho entre as versões paralela e sequencial do cálculo. Quando a matriz é pequena, a versão sequencial será executada mais rapidamente devido à sobrecarga na configuração do loop paralelo.
Chamadas síncronas para recursos compartilhados, como o Console ou o Sistema de Arquivos, degradarão significativamente o desempenho de um loop paralelo. Ao medir o desempenho, tente evitar chamadas como Console.WriteLine dentro do loop.
Compilar o código
Copie e cole esse código em um projeto do Visual Studio.
