PLINQ 소개

PLINQ(병렬 LINQ)는 LINQ(Language-Integrated Query) 패턴의 병렬 구현입니다. PLINQ는 LINQ 표준 쿼리 연산자의 전체 집합을 System.Linq 네임스페이스의 확장 메서드로 구현하고, 병렬 작업을 위한 추가 연산자를 포함합니다. PLINQ는 LINQ의 간편성과 가독성을 병렬 프로그래밍의 기능과 결합합니다.

LINQ에 익숙하지 않은 경우 형식이 안전한 방법으로 열거 가능한 데이터 원본을 쿼리하기 위한 통합 모델을 제공합니다. LINQ to Objects는 List<T> 및 배열과 같은 메모리 내 컬렉션에 대해 실행되는 LINQ 쿼리에 대한 이름입니다. 이 문서에서는 사용자가 LINQ의 기본적인 개념을 이해하고 있다고 가정합니다. 자세한 내용은 LINQ(Language-Integrated Query)를 참조하세요.

병렬 쿼리란?

PLINQ 쿼리는 비병렬 LINQ to Objects 쿼리와 여러 가지 방법에서 유사합니다. 순차적 LINQ 쿼리와 마찬가지로 PLINQ 쿼리는 모든 메모리 내 IEnumerable 또는 IEnumerable<T> 데이터 소스에서 작동하며 지연된 실행을 가집니다. 즉, 쿼리가 열거될 때까지 실행을 시작하지 않습니다. 주요 차이점은 PLINQ가 시스템에서 모든 프로세서를 충분히 활용하도록 시도한다는 것입니다. 데이터 소스를 세그먼트로 분할한 다음 다중 프로세서에서 병렬로 별도 작업자 스레드의 각 세그먼트에서 쿼리를 실행하여 수행합니다. 대부분의 경우 병렬 실행은 쿼리가 훨씬 더 빠르게 실행되는 것을 의미합니다.

병렬 실행을 통해 PLINQ는 종종 데이터 소스에 AsParallel 쿼리 작업을 추가하여 특정한 쿼리 종류의 레거시 코드에 대한 큰 성능 개선을 얻을 수 있습니다. 그러나 병렬 처리는 자체 복잡성을 도입할 수 있으며 모든 쿼리 작업은 PLINQ에서 더 빠르게 실행될 수 없습니다. 사실, 병렬화는 실제로 특정 쿼리의 속도를 낮춥니다. 따라서 순서 지정과 같은 문제가 병렬 쿼리에 미치는 영향을 이해해야 합니다. 자세한 내용은 PLINQ의 속도 향상 이해를 참조하세요.

참고

이 문서에서는 람다 식을 사용하여 PLINQ에 대리자를 정의합니다. C# 또는 Visual Basic의 람다 식을 잘 모르는 경우 PLINQ 및 TPL의 람다 식을 참조하세요.

이 문서의 나머지 부분에서는 주요 PLINQ 클래스의 개요 및 PLINQ 쿼리를 만드는 방법을 설명합니다. 각 섹션은 보다 자세한 정보 및 코드 예제에 대한 링크를 포함합니다.

ParallelEnumerable 클래스

System.Linq.ParallelEnumerable 클래스는 거의 모든 PLINQ 기능을 노출합니다. 해당 항목 및 나머지 System.Linq 네임스페이스 형식은 System.Core.dll 어셈블리에 컴파일됩니다. Visual Studio에서 기본 C# 및 Visual Basic 프로젝트는 모두 어셈블리를 참조하고 네임스페이스를 가져옵니다.

ParallelEnumerable은 각각을 병렬 처리하려고 하지 않지만 LINQ to Objects가 지원하는 모든 표준 쿼리 연산자의 구현을 포함합니다. LINQ에 익숙하지 않은 경우 LINQ 소개(C#)LINQ 소개(Visual Basic)를 참조하세요.

표준 쿼리 연산자뿐만 아니라 ParallelEnumerable 클래스에는 병렬 실행과 관련된 동작을 사용하도록 설정하는 메서드 집합이 포함되어 있습니다. 이러한 PLINQ 전용 메서드는 다음 표에 나열되어 있습니다.

ParallelEnumerable 연산자 설명
AsParallel PLINQ에 대한 진입점입니다. 가능한 경우 나머지 쿼리가 병렬화되어야 한다는 것을 지정합니다.
AsSequential 비병렬 LINQ 쿼리로 나머지 쿼리가 순차적으로 실행되어야 한다는 것을 지정합니다.
AsOrdered PLINQ가 나머지 쿼리에 대해 또는 순서 지정이 변경될 때까지 소스 시퀀스의 순서 지정(예: OrderBy(Visual Basic에서 Order By) 절의 사용에 따라)을 유지해야 한다는 것을 지정합니다.
AsUnordered 쿼리의 나머지 부분에 대해 소스 시퀀스의 순서 지정을 유지하기 위해 PLINQ가 필요 없음을 지정합니다.
WithCancellation PLINQ가 제공된 취소 토큰의 상태를 주기적으로 모니터링하고 요청되는 경우 실행을 취소해야 한다는 것을 지정합니다.
WithDegreeOfParallelism PLINQ에서 쿼리를 병렬화하는 데 사용해야 하는 프로세서의 최대 수를 지정합니다.
WithMergeOptions 가능한 경우 PLINQ가 병렬 결과를 소비 스레드에서 하나의 시퀀스로 다시 병합해야 하는 방법에 대한 힌트를 제공합니다.
WithExecutionMode 기본 동작이 순차적으로 실행해야 하는 경우 PLINQ에서 쿼리를 병렬화해야 하는지 여부를 지정합니다.
ForAll 쿼리 결과 반복과 달리 소비자 스레드로 다시 병합하지 않고 병렬로 처리될 결과를 활성화하는 다중 스레드 열거형 메서드.
Aggregate 오버로드 PLINQ에 고유하고 스레드 로컬 파티션에 대한 중간 집계뿐만 아니라 모든 파티션의 결과를 결합하는 최종 집계 함수를 활성화하는 오버로드.

옵트 인(Opt-in) 모델

쿼리를 작성하는 경우 다음 예제와 같이 데이터 소스에서 ParallelEnumerable.AsParallel 확장 메서드를 호출하여 PLINQ에 옵트 인합니다.

var source = Enumerable.Range(1, 10000);

// Opt in to PLINQ with AsParallel.
var evenNums = from num in source.AsParallel()
               where num % 2 == 0
               select num;
Console.WriteLine("{0} even numbers out of {1} total",
                  evenNums.Count(), source.Count());
// The example displays the following output:
//       5000 even numbers out of 10000 total
Dim source = Enumerable.Range(1, 10000)

' Opt in to PLINQ with AsParallel
Dim evenNums = From num In source.AsParallel()
               Where num Mod 2 = 0
               Select num
Console.WriteLine("{0} even numbers out of {1} total",
                  evenNums.Count(), source.Count())
' The example displays the following output:
'       5000 even numbers out of 10000 total

select 확장 메서드는 후속 쿼리 연산자(이 경우 AsParallelwhere)를 System.Linq.ParallelEnumerable 구현에 바인딩합니다.

실행 모드

기본적으로 PLINQ는 보수적입니다. 런타임 시 PLINQ 인프라는 쿼리의 전체 구조를 분석합니다. 쿼리가 병렬화로 속도가 향상될 가능성이 있는 경우 PLINQ는 동시에 실행될 수 있는 작업으로 소스 시퀀스를 분할합니다. 쿼리를 병렬화하는 것이 안전하지 않는 경우 PLINQ는 쿼리를 순차적으로 실행합니다. PLINQ가 잠재적으로 비용이 많이 드는 병렬 알고리즘 또는 저렴한 순차적 알고리즘 중 하나를 선택할 수 있는 경우 기본적으로 순차적 알고리즘을 선택합니다. WithExecutionMode 메서드 및 System.Linq.ParallelExecutionMode 열거형을 사용하여 PLINQ가 병렬 알고리즘을 선택하도록 지시할 수 있습니다. 특정 쿼리가 테스트와 측정으로 병렬로 더 빨리 실행되는 것을 알고 있는 경우에 유용합니다. 자세한 내용은 방법: PLINQ에 실행 모드 지정을 참조하세요.

병렬 처리 수준

기본적으로 PLINQ는 호스트 컴퓨터에서 모든 프로세서를 사용합니다. WithDegreeOfParallelism 메서드를 사용하여 PLINQ가 지정된 프로세서 수보다 더 많은 프로세서를 사용하지 않도록 지시할 수 있습니다. 컴퓨터에서 실행되는 다른 프로세서가 특정 양의 CPU 시간을 받는지 확인하려는 경우에 유용합니다. 다음 코드 조각은 쿼리가 최대 두 개의 프로세서를 사용하도록 제한합니다.

var query = from item in source.AsParallel().WithDegreeOfParallelism(2)
            where Compute(item) > 42
            select item;
Dim query = From item In source.AsParallel().WithDegreeOfParallelism(2)
            Where Compute(item) > 42
            Select item

쿼리가 상당한 양의 파일 I/O와 같은 비컴퓨팅 바운드 작업을 수행하는 경우 컴퓨터의 코어 수보다 큰 병렬 처리 수준을 지정하는 것이 도움이 될 수 있습니다.

순서가 지정된 병렬 쿼리와 순서가 지정되지 않은 병렬 쿼리 비교

일부 쿼리에서 쿼리 연산자는 소스 시퀀스의 순서 지정을 유지하는 결과를 생성해야 합니다. PLINQ는 이 용도로 AsOrdered 연산자를 제공합니다. AsOrderedAsSequential과 다릅니다. AsOrdered 시퀀스는 여전히 병렬로 처리되지만 해당 결과는 버퍼링되고 정렬됩니다. 일반적으로 순서 유지는 추가 작업을 수반하므로 AsOrdered 시퀀스는 기본 AsUnordered 시퀀스보다 더욱 느리게 처리될 수 있습니다. 특정 순서가 지정된 병렬 작업이 순차적 버전의 작업보다 빠른지 여부는 많은 요인에 따라 달라집니다.

다음 코드 예제에서는 순서 유지로 옵트 인하는 방법을 보여 줍니다.

var evenNums =
    from num in numbers.AsParallel().AsOrdered()
    where num % 2 == 0
    select num;
Dim evenNums = From num In numbers.AsParallel().AsOrdered()
               Where num Mod 2 = 0
               Select num


자세한 내용은 PLINQ에서 순서 유지를 참조하세요.

병렬 쿼리와 순차적 쿼리

일부 작업에서는 원본 데이터가 순차적으로 전달되어야 합니다. ParallelEnumerable 쿼리 연산자는 필요할 때 자동으로 순차 모드로 되돌립니다. 순차적 실행이 필요한 사용자 정의 쿼리 연산자 및 사용자 대리자의 경우 PLINQ는 AsSequential 메서드를 제공합니다. AsSequential을 사용하는 경우 쿼리에서 모든 후속 연산자는 AsParallel이 다시 호출될 때까지 순차적으로 실행됩니다. 자세한 내용은 방법: 병렬 및 순차적 LINQ 쿼리 결합을 참조하세요.

쿼리 결과 병합에 대한 옵션

PLINQ 쿼리가 병렬로 실행되는 경우 각 작업자 스레드의 해당 결과는 foreach 반복(Visual Basic에서 For Each) 또는 목록 또는 배열로 삽입으로 소비에 대한 주 스레드로 다시 병합되어야 합니다. 일부 경우에서 특정 종류의 병합 작업을 지정하는 것이 도움이 될 수도 있습니다(예: 보다 신속하게 결과 생성을 시작하도록). 이를 위해 PLINQ는 WithMergeOptions 메서드 및 ParallelMergeOptions 열거형을 지원합니다. 자세한 내용은 PLINQ의 병합 옵션을 참조하세요.

ForAll 연산자

순차적 LINQ 쿼리에서 실행은 쿼리가 foreach(Visual Basic에서 For Each) 루프에서 또는 ToList, ToArray 또는 ToDictionary 같은 메서드를 호출하여 열거될 때까지 지연됩니다. PLINQ에서 foreach를 사용하여 쿼리를 실행하고 결과를 반복할 수도 있습니다. 그러나 foreach 자체는 병렬로 실행되지 않으므로 모든 병렬 작업의 출력은 반복이 실행되는 스레드로 다시 병합되어야 합니다. PLINQ에서 쿼리 결과의 최종 순서 지정을 유지해야 하는 경우 및 각 요소에 대해 Console.WriteLine을 호출하는 경우와 같이 직렬 방식으로 결과를 처리할 때마다 foreach를 사용할 수 있습니다. 빠른 쿼리 실행을 위해 순서 유지가 필요하지 않은 경우 및 결과 처리 자체가 병렬로 처리될 수 있는 경우 ForAll 메서드를 사용하여 PLINQ 쿼리를 실행합니다. ForAll은 이 최종 병합 단계를 수행하지 않습니다. 다음 코드 예제에서는 ForAll 메서드를 사용하는 방법을 보여 줍니다. System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag<T>은 여러 스레드에 대해 항목 제거를 시도하지 않고 동시 추가에 최적화되었기 때문에 여기에서 사용됩니다.

var nums = Enumerable.Range(10, 10000);
var query =
    from num in nums.AsParallel()
    where num % 10 == 0
    select num;

// Process the results as each thread completes
// and add them to a System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag(Of Int)
// which can safely accept concurrent add operations
query.ForAll(e => concurrentBag.Add(Compute(e)));
Dim nums = Enumerable.Range(10, 10000)
Dim query = From num In nums.AsParallel()
            Where num Mod 10 = 0
            Select num

' Process the results as each thread completes
' and add them to a System.Collections.Concurrent.ConcurrentBag(Of Int)
' which can safely accept concurrent add operations
query.ForAll(Sub(e) concurrentBag.Add(Compute(e)))

다음 그림은 쿼리 실행과 관련하여 foreachForAll 간의 차이를 보여줍니다.

ForAll 및 ForEach

취소

PLINQ는 .NET에서 취소 유형과 통합됩니다. (자세한 내용은 관리되는 스레드의 취소를 참조하세요.) 따라서 순차적 LINQ to Objects 쿼리와 달리 PLINQ 쿼리는 취소할 수 있습니다. 취소 가능한 PLINQ 쿼리를 만들려면 쿼리에서 WithCancellation 연산자를 사용하고 인수로 CancellationToken 인스턴스를 제공합니다. 토큰에서 IsCancellationRequested 속성이 true로 설정된 경우 PLINQ는 이를 감지하고 모든 스레드에서 처리를 중지하고 OperationCanceledException을 throw합니다.

PLINQ 쿼리는 취소 토큰이 설정된 후 몇 가지 요소를 계속해서 처리할 수 있습니다.

응답성을 높이기 위해 장기 실행 사용자 대리자에서 취소 요청에 응답할 수도 있습니다. 자세한 내용은 방법: PLINQ 쿼리 취소를 참조하세요.

예외

PLINQ 쿼리를 실행하는 경우 여러 예외가 서로 다른 여러 스레드에서 동시에 throw될 수 있습니다. 또한 예외를 처리하는 코드는 예외를 throw한 코드와 다른 스레드에 있을 수 있습니다. PLINQ는 AggregateException 형식을 사용하여 쿼리에 의해 throw된 모든 예외를 캡슐화하고 이러한 예외를 호출 스레드로 다시 마샬링합니다. 호출 스레드에서는 하나의 try-catch 블록만 필요합니다. 그러나 AggregateException에서 캡슐화되는 모든 예외를 반복하고 안전하게 복구할 수 있는 모든 항목을 catch할 수 있습니다. 드문 경우에서 로 래 AggregateException핑되지 않은 일부 예외가 throw될 수 있으며 ThreadAbortExceptions도 래핑되지 않습니다.

예외가 가입된 스레드로 다시 버블 업될 수 있는 경우 예외가 발생한 후에도 쿼리에서 일부 항목을 계속 처리할 수 있습니다.

자세한 내용은 방법: PLINQ 쿼리의 예외 처리를 참조하세요.

사용자 지정 파티셔너

경우에 따라 원본 데이터의 일부 특성을 사용하는 사용자 지정 파티셔너를 작성하여 쿼리 성능을 향상시킬 수 있습니다. 쿼리에서 사용자 지정 파티셔너 자체는 쿼리되는 열거 가능한 개체입니다.

int[] arr = new int[9999];
Partitioner<int> partitioner = new MyArrayPartitioner<int>(arr);
var query = partitioner.AsParallel().Select(SomeFunction);
Dim arr(10000) As Integer
Dim partitioner As Partitioner(Of Integer) = New MyArrayPartitioner(Of Integer)(arr)
Dim query = partitioner.AsParallel().Select(Function(x) SomeFunction(x))

PLINQ는 고정된 파티션 수를 지원합니다(데이터는 부하 분산을 위해 런타임 동안 해당 파티션에 동적으로 다시 할당될 수도 있음). ForForEach는 동적 분할만을 지원합니다. 즉, 파티션 수가 런타임 시 변경됨을 의미합니다. 자세한 내용은 PLINQ 및 TPL에 대한 사용자 지정 파티셔너를 참조하세요.

PLINQ 성능 측정

대부분의 경우에서 쿼리는 병렬화될 수 있지만 병렬 쿼리 설정의 오버헤드는 얻게 되는 성능 이점을 능가합니다. 쿼리가 많은 계산을 수행하지 않거나 데이터 소스가 작은 경우 PLINQ 쿼리는 순차 LINQ to Objects 쿼리보다 느려질 수 있습니다. Visual Studio Team Server에서 병렬 성능 분석기를 사용하여 처리 병목 지점을 찾고 쿼리가 병렬로 실행 중인지 순차적으로 실행 중인지 여부를 확인하도록 다양한 쿼리의 성능을 비교할 수 있습니다. 자세한 내용은 동시성 시각화방법: PLINQ 쿼리 성능 측정을 참조하세요.

참조