Postupy: Použití algoritmu parallel_invoke k provádění paralelních operací

Článek
10/12/2023

Tento příklad ukazuje, jak použít algoritmus concurrency::p arallel_invoke ke zlepšení výkonu programu, který provádí více operací se sdíleným zdrojem dat. Vzhledem k tomu, že žádné operace nemění zdroj, je možné je spustit paralelně přímočarým způsobem.

Příklad: Vytvoření, inicializace a provádění operací s proměnnou

Představte si následující příklad kódu, který vytvoří proměnnou typu MyDataType, zavolá funkci, která inicializuje tuto proměnnou, a pak provede několik zdlouhavých operací s těmito daty.

MyDataType data;
initialize_data(data);

lengthy_operation1(data);
lengthy_operation2(data);
lengthy_operation3(data);

lengthy_operation1Pokud , lengthy_operation2a lengthy_operation3 funkce neupravují MyDataType proměnnou, lze tyto funkce provádět paralelně bez dalších úprav.

Příklad: Paralelní spuštění předchozího příkladu

Následující příklad upraví předchozí příklad tak, aby běžel paralelně. Algoritmus parallel_invoke provede každý úkol paralelně a vrátí se po dokončení všech úkolů.

MyDataType data;
initialize_data(data);

concurrency::parallel_invoke(
   [&data] { lengthy_operation1(data); },
   [&data] { lengthy_operation2(data); },
   [&data] { lengthy_operation3(data); }
);

Příklad: Provádění více operací se staženým souborem

Následující příklad stáhne Homer z gutenberg.org a provede více operací s tímto souborem. Příklad nejprve provede tyto operace sériově a pak provede stejné operace paralelně.

// parallel-word-mining.cpp
// compile with: /EHsc /MD /DUNICODE /D_AFXDLL
#define _WIN32_WINNT 0x0501
#include <afxinet.h>
#include <ppl.h>
#include <string>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <map>
#include <algorithm>

using namespace concurrency;
using namespace std;

// Calls the provided work function and returns the number of milliseconds 
// that it takes to call that function.
template <class Function>
__int64 time_call(Function&& f)
{
   __int64 begin = GetTickCount();
   f();
   return GetTickCount() - begin;
}

// Downloads the file at the given URL.
CString get_http_file(CInternetSession& session, const CString& url);

// Adds each word in the provided string to the provided vector of strings.
void make_word_list(const wstring& text, vector<wstring>& words);

// Finds the most common words whose length are greater than or equal to the 
// provided minimum. 
vector<pair<wstring, size_t>> find_common_words(const vector<wstring>& words, 
   size_t min_length, size_t count);

// Finds the longest sequence of words that have the same first letter.
vector<wstring> find_longest_sequence(const vector<wstring>& words);

// Finds all pairs of palindromes that appear in the provided collection
// of words.
vector<pair<wstring, wstring>> find_palindromes(const vector<wstring>& words,
   size_t min_length);
 
int wmain()
{  
   // Manages the network connection.
   CInternetSession session(L"Microsoft Internet Browser");

   // Download 'The Iliad' from gutenberg.org.
   wcout << L"Downloading 'The Iliad'..." << endl;
   wstring file = get_http_file(session, L"http://www.gutenberg.org/files/6130/6130-0.txt");
   wcout << endl;

   // Convert the text to a list of individual words.
   vector<wstring> words;
   make_word_list(file, words);
   
   // Compare the time that it takes to perform several operations on the data
   // serially and in parallel.
   __int64 elapsed;

   vector<pair<wstring, size_t>> common_words;
   vector<wstring> longest_sequence;   
   vector<pair<wstring, wstring>> palindromes;

   wcout << L"Running serial version...";
   elapsed = time_call([&] {
      common_words = find_common_words(words, 5, 9);
      longest_sequence = find_longest_sequence(words);
      palindromes = find_palindromes(words, 5);
   });
   wcout << L" took " << elapsed << L" ms." << endl;

   wcout << L"Running parallel version...";
   elapsed = time_call([&] {
      parallel_invoke(         
         [&] { common_words = find_common_words(words, 5, 9); },
         [&] { longest_sequence = find_longest_sequence(words); },
         [&] { palindromes = find_palindromes(words, 5); }
      );
   });
   wcout << L" took " << elapsed << L" ms." << endl;
   wcout << endl;

   // Print results.

   wcout << L"The most common words that have five or more letters are:" 
         << endl;
   for_each(begin(common_words), end(common_words), 
      [](const pair<wstring, size_t>& p) {
         wcout << L"   " << p.first << L" (" << p.second << L")" << endl; 
      });

   wcout << L"The longest sequence of words that have the same first letter is:" 
         << endl << L"   ";
   for_each(begin(longest_sequence), end(longest_sequence), 
      [](const wstring& s) {
         wcout << s << L' '; 
      });
   wcout << endl;

   wcout << L"The following palindromes appear in the text:" << endl;
   for_each(begin(palindromes), end(palindromes), 
      [](const pair<wstring, wstring>& p) {
         wcout << L"   "  << p.first << L" " << p.second << endl;
      });
}

// Downloads the file at the given URL.
CString get_http_file(CInternetSession& session, const CString& url)
{
   CString result;

   // Reads data from an HTTP server.
   CHttpFile* http_file = NULL;

   try
   {
      // Open URL.
      http_file = reinterpret_cast<CHttpFile*>(session.OpenURL(url, 1));

      // Read the file.
      if(http_file != NULL)
      {           
         UINT bytes_read;
         do
         {
            char buffer[10000];
            bytes_read = http_file->Read(buffer, sizeof(buffer));
            result += buffer;
         }
         while (bytes_read > 0);
      }
    }
   catch (CInternetException)
   {
      // TODO: Handle exception
   }

   // Clean up and return.
   delete http_file;

   return result;
}

// Adds each word in the provided string to the provided vector of strings.
void make_word_list(const wstring& text, vector<wstring>& words)
{
   // Add continuous sequences of alphanumeric characters to the 
   // string vector. 
   wstring current_word;
   for_each(begin(text), end(text), [&](wchar_t ch) {
      if (!iswalnum(ch))
      {
         if (current_word.length() > 0)
         {
            words.push_back(current_word);
            current_word.clear();
         }
      }
      else
      {
         current_word += ch;
      }
   });
}

// Finds the most common words whose length are greater than or equal to the 
// provided minimum. 
vector<pair<wstring, size_t>> find_common_words(const vector<wstring>& words, 
   size_t min_length, size_t count)
{
   typedef pair<wstring, size_t> pair;

   // Counts the occurrences of each word.
   map<wstring, size_t> counts;

   for_each(begin(words), end(words), [&](const wstring& word) {
      // Increment the count of words that are at least the minimum length.
      if (word.length() >= min_length)
      {
         auto find = counts.find(word);
         if (find != end(counts))
            find->second++;
         else
            counts.insert(make_pair(word, 1));
      }
   });

   // Copy the contents of the map to a vector and sort the vector by
   // the number of occurrences of each word.
   vector<pair> wordvector;
   copy(begin(counts), end(counts), back_inserter(wordvector));

   sort(begin(wordvector), end(wordvector), [](const pair& x, const pair& y) {
      return x.second > y.second;
   });

   size_t size = min(wordvector.size(), count);
   wordvector.erase(begin(wordvector) + size, end(wordvector));
   
   return wordvector;
}

// Finds the longest sequence of words that have the same first letter.
vector<wstring> find_longest_sequence(const vector<wstring>& words)
{
   // The current sequence of words that have the same first letter.
   vector<wstring> candidate_list;
   // The longest sequence of words that have the same first letter.
   vector<wstring> longest_run;

   for_each(begin(words), end(words), [&](const wstring& word) {
      // Initialize the candidate list if it is empty.
      if (candidate_list.size() == 0)
      {
         candidate_list.push_back(word);
      }
      // Add the word to the candidate sequence if the first letter
      // of the word is the same as each word in the sequence.
      else if (word[0] == candidate_list[0][0])
      {
         candidate_list.push_back(word);
      }
      // The initial letter has changed; reset the candidate list.
      else 
      {
         // Update the longest sequence if needed.
         if (candidate_list.size() > longest_run.size())
            longest_run = candidate_list;

         candidate_list.clear();
         candidate_list.push_back(word);         
      }
   });

   return longest_run;
}

// Finds all pairs of palindromes that appear in the provided collection
// of words.
vector<pair<wstring, wstring>> find_palindromes(const vector<wstring>& words, 
   size_t min_length)
{
   typedef pair<wstring, wstring> pair;
   vector<pair> result;

   // Copy the words to a new vector object and sort that vector.
   vector<wstring> wordvector;
   copy(begin(words), end(words), back_inserter(wordvector));
   sort(begin(wordvector), end(wordvector));

   // Add each word in the original collection to the result whose palindrome 
   // also exists in the collection. 
   for_each(begin(words), end(words), [&](const wstring& word) {
      if (word.length() >= min_length)
      {
         wstring rev = word;
         reverse(begin(rev), end(rev));

         if (rev != word && binary_search(begin(wordvector), end(wordvector), rev))
         {
            auto candidate1 = make_pair(word, rev);
            auto candidate2 = make_pair(rev, word);
            if (find(begin(result), end(result), candidate1) == end(result) &&
                find(begin(result), end(result), candidate2) == end(result))
               result.push_back(candidate1);
         }
      }
   });
   
   return result;
}

Tento příklad vytvoří následující ukázkový výstup.

Downloading 'The Iliad'...

Running serial version... took 953 ms.
Running parallel version... took 656 ms.

The most common words that have five or more letters are:
    their (953)
    shall (444)
    which (431)
    great (398)
    Hector (349)
    Achilles (309)
    through (301)
    these (268)
    chief (259)
The longest sequence of words that have the same first letter is:
    through the tempest to the tented
The following palindromes appear in the text:
    spots stops
    speed deeps
    keels sleek

Tento příklad používá parallel_invoke algoritmus k volání více funkcí, které fungují na stejném zdroji dat. Algoritmus můžete použít parallel_invoke k paralelnímu volání libovolné sady funkcí, nejen těch, které fungují na stejných datech.

parallel_invoke Vzhledem k tomu, že algoritmus volá každou pracovní funkci paralelně, je jeho výkon ohraničen funkcí, která trvá nejdelší dobu dokončení (to znamená, že pokud modul runtime zpracuje každou funkci na samostatném procesoru). Pokud tento příklad provádí paralelně více úloh než počet dostupných procesorů, může na každém procesoru běžet více úloh. V tomto případě je výkon ohraničen skupinou úloh, které trvá nejdelší dobu dokončení.

Vzhledem k tomu, že tento příklad provádí paralelně tři úlohy, neměli byste očekávat škálování výkonu na počítačích s více než třemi procesory. Pokud chcete zvýšit výkon více, můžete rozdělit nejdéle běžící úlohy na menší úlohy a spouštět tyto úlohy paralelně.

Algoritmus můžete použít parallel_invoke místo souběžnosti::task_group a třídy concurrency::structured_task_group , pokud nevyžadujete podporu zrušení. Příklad, který porovnává použití parallel_invoke algoritmu a skupin úloh, najdete v tématu Postupy: Použití parallel_invoke k zápisu rutiny paralelního řazení.

Probíhá kompilace kódu

Pokud chcete kód zkompilovat, zkopírujte ho a vložte ho do projektu sady Visual Studio nebo ho vložte do pojmenovaného parallel-word-mining.cpp souboru a potom v okně příkazového řádku sady Visual Studio spusťte následující příkaz.

cl.exe /EHsc /MD /DUNICODE /D_AFXDLL parallel-word-mining.cpp

Viz také

Paralelní algoritmy
parallel_invoke – funkce

Sdílet prostřednictvím