Практическое руководство. Написание простого цикла Parallel.For
В этом примере показано, как использовать простейшую перегрузку метода Parallel.For для вычисления произведения двух матриц. В нем также показано, как использовать класс System.Diagnostics.Stopwatch для сравнения производительности параллельного и непараллельного циклов.
.gif "Примечание") Примечание |
|---|
В этой документации для определения делегатов в библиотеке параллельных задач используются лямбда-выражения.Сведения о лямбда-выражениях в C# или Visual Basic см. в разделе Лямбда-выражения в PLINQ и библиотеке параллельных задач. |
Пример
' How to: Write a Simple Parallel.For Loop
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
For k As Integer = 0 To matACols - 1
result(i, j) += matA(i, k) * matB(k, j)
Next
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
' Use a temporary to improve parallel performance.
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.WriteLine("Executing sequential loop...")
Dim stopwatch As New Stopwatch()
stopwatch.Start()
MultiplyMatricesSequential(m1, m2, result)
stopwatch.[Stop]()
Console.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.WriteLine("Executing parallel loop...")
stopwatch.Start()
MultiplyMatricesParallel(m1, m2, result)
stopwatch.[Stop]()
Console.WriteLine("Parallel loop time in milliseconds: {0}", stopwatch.ElapsedMilliseconds)
OfferToPrint(rowCount, colCount2, result)
' Keep the console window open in debug mode.
Console.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.WriteLine("Computation complete. Print results? y/n")
Dim c As Char = Console.ReadKey().KeyChar
If c = "y"c OrElse c = "Y"c 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
namespace MultiplyMatrices
{
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
class Program
{
#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++)
{
for (int k = 0; k < matACols; k++)
{
result[i, j] += matA[i, k] * matB[k, j];
}
}
}
}
#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++)
{
// Use a temporary to improve parallel performance.
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.WriteLine("Executing sequential loop...");
Stopwatch stopwatch = new Stopwatch();
stopwatch.Start();
MultiplyMatricesSequential(m1, m2, result);
stopwatch.Stop();
Console.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.WriteLine("Executing parallel loop...");
stopwatch.Start();
MultiplyMatricesParallel(m1, m2, result);
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine("Parallel loop time in milliseconds: {0}", stopwatch.ElapsedMilliseconds);
OfferToPrint(rowCount, colCount2, result);
// Keep the console window open in debug mode.
Console.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.WriteLine("Computation complete. Print results? y/n");
char c = Console.ReadKey().KeyChar;
if (c == 'y' || c == 'Y')
{
Console.WindowWidth = 180;
Console.WriteLine();
for (int x = 0; x < rowCount; x++)
{
Console.WriteLine("ROW {0}: ", x);
for (int y = 0; y < colCount; y++)
{
Console.Write("{0:#.##} ", matrix[x, y]);
}
Console.WriteLine();
}
}
}
#endregion
}
}
Большинство основных перегрузок метода For можно использовать, если нет необходимости в отмене или разрыве итераций либо поддержке любого локального состояния потока.
При параллелизации любого кода, включая циклы, важно использовать процессоры по возможности без чрезмерной параллелизации в точке, в которой нагрузка вследствие параллельной обработки отрицательно влияет на производительность. В данном конкретном примере параллельно обрабатывается только внешний цикл, поскольку во внутреннем цикле выполняется не очень большой объем работ. Сочетание небольшого объема работ и нежелательного влияния кэша может привести к снижению производительности во вложенных параллельных циклах. Поэтому в большинстве систем максимальная выгода от параллельной обработки достигается при параллельном выполнении только внешнего цикла.
Делегат
Третьим параметром в этой перегрузке метода For является делегат типа Action<int> в C# или Action(Of Integer) в Visual Basic. Делегат Action независимо от того имеет он ноль, один или шестнадцать параметров типа всегда возвращает значение void. В Visual Basic поведение делегата Action определяется с помощью Sub. В примере лямбда-выражение используется для создания делегата, но делегат также можно создать другими способами. Дополнительные сведения см. в разделе Лямбда-выражения в PLINQ и библиотеке параллельных задач.
Значение итерации
Делегат принимает один входной параметр, значение которого является текущей итерацией. Это значение итерации предоставляется средой выполнения, и его начальным значением является индекс первого элемента в сегменте (части) источника, который обрабатывается в текущем потоке.
Если требуется больший контроль над уровнем параллелизма, используйте одну из перегрузок, принимающих входной параметр System.Threading.Tasks.ParallelOptions, например Parallel.For(Int32, Int32, ParallelOptions, Action<Int32, ParallelLoopState>).
Возвращаемое значение и обработка исключений
Метод For возвращает объект System.Threading.Tasks.ParallelLoopResult по завершении всех потоков. Это возвращаемое значение полезно при остановке или разрыве итерации цикла вручную, поскольку ParallelLoopResult хранит сведения, такие как последняя завершенная итерация. Если одно или несколько исключений возникает в одном из потоков, создается исключение System.AggregateException.
В коде в этом примере возвращаемое значение For не используется.
Анализ и производительность
Чтобы просмотреть использование ЦП на компьютере, можно использовать мастер производительности. В качестве эксперимента увеличьте количество столбцов и строк в матрицах. Чем больше матрицы, тем больше разница в производительности между версиями последовательных и параллельных вычислений. При небольших матрицах последовательная версия будет выполняться быстрее из-за нагрузок при настройке параллельного цикла.
Синхронные вызовы общих ресурсов, таких как консоль или файловая система, значительно снизят производительность параллельного цикла. При измерении производительности старайтесь избегать вызовов, например Console.WriteLine, внутри цикла.
Компиляция кода
- Вырежьте и вставьте этот код в проект Visual Studio 2010.