.NET4.0並行計算技術基礎（11）

LINQ的出現對於.NET平臺而言是一件大事，它使用一種統一的模式查詢數據，而且能夠緊密地與具體編程語言直接集成。LINQ語句的編寫方式是「動態組合」和「遞歸」的，這與函數式編程語言（如F#）相似，這種編寫方式的優勢在於代碼量小，經過動態組合一些典型的查詢運算符，能夠實現至關複雜的數據處理邏輯，而一樣的功能若是採用傳統的編碼方式實現，將耗費很多的力氣寫代碼。

.NET 4.0引入的PLINQ是LINQ的「升級換代」技術，它容許以並行方式執行LINQ查詢。

使用PLINQ技術的最大好處之一是當計算機處理器個數增長時，不須要修改（或僅需少許修改）源代碼，程序性能就能夠獲得相應的提高。

在本節中，咱們先介紹PLINQ與其餘技術的關係，而後介紹如何編寫PLINQ查詢，最後，剖析PLINQ內部的工做原理。

交叉連接：

要學習本節，要求讀者掌握了LINQ編程的基本技巧。本書第24章詳細介紹LINQ，可供讀者參閱

19.4.1 PLINQ概述

PLINQ主要用於並行執行數據查詢，而它自己又是.NET 4.0所引入的並行擴展的有機組成部分，所以，它與LINQ和TPL都有着密切的聯繫。

LINQ，是英文詞組「Language-Integrated Query」的縮寫，中文譯爲「語言集成的查詢」，分爲LINQ to Object，LINQ to SQL，LINQ to XML，LINQ to DataSet等幾個有機組成部分。

在目前的版本中，PLINQ只實現了LINQ to Object的並行執行，換句話說，PLINQ實現了對「內存」中的數據進行並行查詢。若是數據來自於數據庫或文件，您須要將這些數據加載到內存中才能使用PLINQ。

標準的LINQ查詢運算符是由「System.Linq.Enumerable」類所封裝的擴展方法實現的，相似地，PLINQ也爲全部標準的LINQ查詢運算符（如where和select等）提供了並行版本，這些並行的PLINQ查詢運算符實現爲.NET 4.0新增的「System.Linq.ParallelEnumerable」類的擴展方法。

交叉連接：

本書3.2.4小節介紹了擴展方法，擴展方法在LINQ中有着重要的應用，本書第23章介紹了這方面的內容。

將LINQ查詢轉換爲PLINQ很是簡單，在許多狀況下只需簡單地添加一個AsParallel子句就好了，例如，如下代碼將把整數集合中的偶數挑出來：

//建立一個100個元素的整數集合，保存從1到100的整數.

var source = Enumerable.Range(1, 100);

var evenNums = from num in source.AsParallel()

where num % 2==0

select num;

能夠看到，PLINQ查詢除了多一個AsParallel子句以外，與標準LINQ的查詢並無什麼不一樣，原有的絕大多數LINQ編程方法仍然繼續適用。

當.NET語言編譯器「看到」一個查詢中包含AsParallel子句代碼時，它會在編譯期間引用System.Concurrency.dll程序集，將相應的標準LINQ查詢運算符替換爲對ParallelEnumerable類相應靜態方法的調用，同時「悄悄地」將查詢的返回值修改成相應的並行版本（好比許多PLINQ查詢返回一個ParallelQuery<T>類型的數據集合）。因爲ParallelQuery<T>派生自IEnumerable<T>，然後者是許多標準LINQ查詢運算符的返回數據類型，所以，PLINQ利用多態性保證了它與原有LINQ代碼的最大兼容性。

與LINQ相似，PLINQ也具備「延遲執行」的特性，只有對查詢集合調用foreach迭代、或者調用ToList之類方法時，PLINQ查詢纔會真正執行。

設計者在設計PLINQ，追求的一個目標是：PLINQ毫不能比它的前輩--LINQ to Object運行得更慢！若是在某個地方作不到，它就採用串行方式執行。

在真實的應用程序中，要肯定到底性能有無提高，請直接運行LINQ和PLINQ的兩個版本進行對比測試以決定取捨。

通常來講，對於小數據量的數據集而言，優先選擇LINQ而不是PLINQ。

提示：

若是須要的話，可使用AsSequential子句「強制」PLINQ查詢採用串行方式執行。甚至能夠在同一條查詢語句中混用「並行」與「串行」兩種模式。

另外，PLINQ在底層使用TPL所提供的基礎架構完成全部工做，所以，PLINQ是比「Task」抽象層次更高的編程手段，在實際開發中，只要可能，推薦直接使用PLINQ。

總之，在設計並行程序時，推薦按照如下順序來設計技術解決方案：

基於PLINQ的聲明式編程方式à使用Task的直接基於TPL的「任務並行」編程方式à使用線程的基於CLR的「多線程」編程方式。

19.4.2 基於PLINQ開發

因爲 PLINQ 創建於 LINQ 基礎之上，實現了全部標準 LINQ 運算符的並行版本，所以，本節只介紹 PLINQ 中不一樣於 LINQ 的技術特徵。讀者須要先掌握好編寫標準 LINQ 查詢語句的基本技巧，才能夠掌握本節介紹的內容。

1 將LINQ查詢轉爲並行執行

在 LINQ 查詢語句中，在一個能夠返回數據集合的子句後面大均可以添加一個 AsParallel() 或 AsParallel<T>() 子句將其轉換爲 PLINQ 語句。

如下是一個例子，從一個整數集合中取出全部的偶數

List<int> lst = new List<int>();

//向lst中追加數據，代碼略...

var evenNums = from num in lst.AsParallel<int>()

where num%2==0

select num;

上述代碼執行時， TPL 引擎會自動在後臺建立並管理線程，讓查詢得以並行執行。

然而，在某些狀況下，因爲並行處理會帶來錯誤的結果，所以必須強制將其轉爲串行模式，這時，能夠調用 ParallelEnumerable 類的擴展方法 AsSequential() 達到此目的。

請看示例 AsParallelAndAsSequential 。

示例程序在一個保存了學生考試成績的數據集合中查找 60 分以上的學生，而且按照成績高低排名次。

若是使用 PLINQ 來完成這個工做，咱們能夠寫出如下代碼：

int counter = 0;//計數器

var query =

from student in students.AsParallel()

where student.Score > 60 //分數大於60

orderby student.Score descending //按成績降序排序

select new //返回學生信息

{

TempID = ++counter, //學生成績名次

student.Name,

student.Score

};

//輸出處理結果，代碼略……

請注意上述代碼中加了方框的部分，因爲上述 PLINQ 查詢是並行執行的，這就是說會有多個線程同時訪問 counter 變量，這就隱含着一個「多線程同時訪問共享資源」的問題，並且到底 TPL 會建立多少個線程，以及這些線程的推動順序是不可控的，所以，上述代碼執行結果是錯誤的，學生成績與名次不能正確對應。

若是將上述代碼中的 AsParallel 子句去掉，則結果正確，但卻失去了並行執行的任何好處。

如何能在享受 PLINQ 所帶來的性能提高的好處的同時，又能避免因並行執行而獲得錯誤的結果？

其關鍵在於要分清楚數據處理工做中哪些能夠並行執行，哪些必須串行執行，而後，再將其組合起來。

對於這種須要混合並行與串行執行的狀況，直接使用 PLINQ 語句比較困難，一般在這種場景下使用擴展方法實現。

在本例中，能夠寫出如下代碼同時組合「並行執行」與「串行執行」的兩種數據處理工做。

var query2 = students.AsParallel() //使用並行查詢

.Where(student => student.Score > 60) //分數大於60

.OrderByDescending(stu => stu.Score) //按成績降序排序

.AsSequential() //強制轉換爲串行執行

.Select(studentInfo =>

new

{