Параллельное программирование

C# и .NET --- Многопоточность и файлы --- Параллельное программирование

Вероятно, самым главным среди новых средств, внедренных в версию 4.0 среды .NET Framework, является библиотека распараллеливания задач (TPL). Эта библиотека усовершенствует многопоточное программирование двумя основными способами. Во-первых, она упрощает создание и применение многих потоков. И во-вторых, она позволяет автоматически использовать несколько процессоров. Иными словами, TPL открывает возможности для автоматического масштабирования приложений с целью эффективного использования ряда доступных процессоров.

Благодаря этим двум особенностям библиотеки TPL она рекомендуется в большинстве случаев к применению для организации многопоточной обработки.

Еще одним средством параллельного программирования, внедренным в версию 4.0 среды .NET Framework, является параллельный язык интегрированных запросов (PLINQ). Язык PLINQ дает возможность составлять запросы, для обработки которых автоматически используется несколько процессоров, а также принцип параллелизма, когда это уместно.

Как станет ясно из дальнейшего, запросить параллельную обработку запроса очень просто. Следовательно, с помощью PLINQ можно без особого труда внедрить параллелизм в запрос.

Главной причиной появления таких важных новшеств, как TPL и PLINQ, служит возросшее значение параллелизма в современном программировании. В настоящее время многоядерные процессоры уже стали обычным явлением. Кроме того, постоянно растет потребность в повышении производительности программ. Все это, в свою очередь, вызвало растущую потребность в механизме, который позволял бы с выгодой использовать несколько процессов для повышения производительности программного обеспечения.

Но дело в том, что в прошлом это было не так-то просто сделать ясным и допускающим масштабирование способом. Изменить это положение, собственно, и призваны TPL и PLINQ. Ведь они дают возможность легче (и безопаснее) использовать системные ресурсы.

Библиотека TPL определена в пространстве имен System.Threading.Tasks. Но для работы с ней обычно требуется также включать в программу класс System.Threading, поскольку он поддерживает синхронизацию и другие средства многопоточной обработки, в том числе и те, что входят в класс Interlocked.

Несмотря на то что применение TPL и PLINQ рекомендуется теперь для разработки большинства многопоточных приложений, организация многопоточной обработки на основе класса Thread, по-прежнему находит широкое распространение.

Применяя TPL, параллелизм в программу можно ввести двумя основными способами. Первый из них называется параллелизмом данных. При таком подходе одна операция над совокупностью данных разбивается на два параллельно выполняемых потока или больше, в каждом из которых обрабатывается часть данных. Так, если изменяется каждый элемент массива, то, применяя параллелизм данных, можно организовать параллельную обработку разных областей массива в двух или больше потоках. Нетрудно догадаться, что такие параллельно выполняющиеся действия могут привести к значительному ускорению обработки данных по сравнению с последовательным подходом.

Несмотря на то что параллелизм данных был всегда возможен и с помощью класса Thread, построение масштабируемых решений средствами этого класса требовало немало усилий и времени. Это положение изменилось с появлением библиотеки TPL, с помощью которой масштабируемый параллелизм данных без особого труда вводится в программу.

Второй способ ввода параллелизма называется параллелизмом задач. При таком подходе две операции или больше выполняются параллельно. Следовательно, параллелизм задач представляет собой разновидность параллелизма, который достигался в прошлом средствами класса Thread. А к преимуществам, которые сулит применение TPL, относится простота применения и возможность автоматически масштабировать исполнение кода на несколько процессоров.

Библиотека TPL позволяет автоматически распределять нагрузку приложений между доступными процессорами в динамическом режиме, используя пул потоков CLR. Библиотека TPL занимается распределением работы, планированием потоков, управлением состоянием и прочими низкоуровневыми деталями. В результате появляется возможность максимизировать производительность приложений .NET. не имея дела со сложностями прямой работы с потоками. На рисунке показаны члены нового пространства имен .NET 4.0: