نوشته‌ها

برنامه نویسی Parallel در سی شارپ :: کوئری های Parallel در LINQ

علاوه بر مواردی که تا کنون پیرامون برنامه نویسی Parallel در دات نت آموختیم امکان نوشتن کوئری های LINQ به صورت Parallel نیز وجود دارد. این قابلیت بوسیله یکسری Extension Method که برای این موضوع تعریف شده امکان پذیر است و اصطلاحاً به کوئری های LINQ که به صورت Parallel اجرا می شوند PLINQ گفته می شود.
اما شیوه اجرای کوئری ها به صورت Parallel چگونه است؟ زمانی که شما از متدهای مربوطه برای اجرای کوئری ها به صورت Parallel استفاده می کنید، PLINQ کوئری مورد نظر را آنالیز کرده و تصمیم میگیرد که اجرای کوئری به صورت Parallel بر روی Performance برنامه شما تاثیر منفی می گذارد یا خیر.

کوئری که به صورت Parallel اجرا نشود اصطلاحاً Sequentional گفته می شود و PLINQ به صورت هوشمند نوع اجرای مناسب را برای کوئری شما انتخاب می کند، این موضوع به این معنی است که درخواست اجرای کوئری به صورت Parallel لزوماً تضمینی بر اجرای آن به صورت Parallel نیست و تصمیم این موضوع با آنالیزوری است که کوئری را تحلیل می کند.
متدهای مورد نیاز برای اجرای کوئری ها به صورت Parallel در کلاسی به نام ParallelEnumerable که در فضای نام System.LINQ قرار گرفته تعریف شده اند. در زیر ابتدا نگاهی به این متدها می اندازیم:

  1. متد AsParallel: این متد مشخص می کند که کوئری های بعد از این متد می بایست به صورت Parallel اجرا شوند.
  2. متد WithCancellation: مشخص می کند که در زمان اجرای کوئری به صورت دائم می بایست وضعیت token مشخص شده بررسی شده و در صورت درخواست Cancel کردن کوئری، روند اجرای آن متوقف شود.
  3. متد WithDegreeOfParallelism: مشخص می کند که چه تعداد پردازشگر باید برای اجرای کوئری تخصیص داده شود.
  4. متد ForAll: برای خروجی وضعیتی را فعال می کند که خروجی قبل از ادغام و بازگرداندن آن به Thread اصلی می بایست به صورت Parallel مورد پردازش تکمیلی قرار گیرد، دقیقاً مانند زمانی که نتیجه خروجی یک کوئری LINQ بوسیله دستور foreach مورد پردازش قرار می گیرد.

برای اینکه به صورت عملی با نحوه نوشتن کوئری های LINQ به صورت Parallel آشنا شویم مثال زیر را در نظر بگیرید:

static void Main(string[] args)
{
    Task.Factory.StartNew(ProcessData);

    Console.ReadKey();
}

public static void ProcessData()
{
    var source = Enumerable.Range(1, 1000000).ToArray();

    var evenNumbers = (from number in source where number%2 == 0 orderby number descending select number).ToArray();

    Console.WriteLine("Found {0} even numbers in source.", evenNumbers.Length);
}

در مثال بالا و در متد ProcessData، ابتدا بوسیله متد Range از کلاس Enumerable یک آرایه از اعداد ۱ تا ۱۰۰۰۰۰۰ ایجاد کردیم و در قدم بعدی بوسیله یک کوئری LINQ اعداد زوج را بدست آوردیم و در نهایت در خروجی تعداد اعداد زوج که بوسیله کوئری استخراج شده اند را در خروجی نمایش دادیم. اما اگر بخواهیم کوئری بالا به صورت Parallel اجرا شود می بایست بوسیله کوئری LINQ را به صورت زیر تغییر دهیم و از متد AsParallel استفاده کنیم:

var evenNumbers = (from number in source.AsParallel() where number%2 == 0 orderby number descending select number).ToArray();

همانطور که مشاهده می کنید، بعد از نوشتن منبع یعنی source از متد AsParallel برای اجرای کوئری به صورت Parallel استفاده شده است.

Cancel کردن یک کوئری PLINQ

برای اینکه به کاربر قابلیت کنسل کردن کوئری ها را بدهیم از متد WithCancellation استفاده می کنیم، در ابتدا باید یک شئ از CancellationTokenSource ایجاد کنیم:

private static CancellationTokenSource tokenSource = new CancellationTokenSource();

در قدم بعدی به صورت زیر که در قسمت قبلی آموختیم مکانیزم کنسل کردن کوئری را آموزش می دهیم:

static void Main(string[] args)
{
    Task.Factory.StartNew(ProcessData);
    Console.CancelKeyPress += (sender, eventArgs) = >
    {
        eventArgs.Cancel = true;
        tokenSource.Cancel();
    };
    Console.ReadKey();
}

و در نهایت کد مربوط به کوئری را به صورت زیر تغییر می دهیم:

public static void ProcessData()
{
    var source = Enumerable.Range(1, 1000000).ToArray();

    int[] evenNumbers;

    try
    {
        evenNumbers = (from number in source.AsParallel().WithCancellation(tokenSource.Token) where number%2 == 0 orderby number descending select number).ToArray();
        Console.WriteLine("Found {0} even numbers in source.", evenNumbers.Length);
    }
    catch (OperationCanceledException ex)
    {
        Console.WriteLine(ex);
    }

}

همانطور که مشاهده می کنید در قسمت کوئری و بعد از متد AsParallel از متد WithCancellation برای مشخص کردن token تعریف شده که بواسطه آن کوئری را کنسل می کنیم استفاده کردیم. همچنین قسمت کوئری اصلی را داخل بدنه try..catch گذاشتیم، زیرا در صورت فراخوانی متد Cancel برای شئ tokenSource، کوئری به صورت خودکار خطای OperationCanceledException را تولید می کند (با این مکانیزم در قسمت قبلی آموزش آشنا شدیم.)

با اتمام این بخش مباحث مرتبط با TPL در دات نت نیز به پایان رسید، البته مطالب مرتبط با TPL بسیار گسترده بوده و شاید برای پوشش کل مباحث مرتبط نیاز به نوشتن صدها صفحه مطلب باشد، اما کلیت موضوع را سعی کردیم در این سری مطالب مطرح کنیم.

در قسمت بعدی که قسمت نهایی سری مطالب Asynchronous Programming است با کلمات کلیدی async و await که روش ساده تری برای نوشتن برنامه های Asynchronous در اختیار ما قرار می دهند آشنا می شویم.

منبع


قسمت اول آموزش-برنامه نویسی Asynchronous – آشنایی با Process ها، Thread ها و AppDomain ها

قسمت دوم آموزش- آشنایی با ماهیت Asynchronous در Delegate ها

قسمت سوم آموزش-آشنایی با فضای نام System.Threading و کلاس Thread

قسمت چهارم آموزش- آشنایی با Thread های Foreground و Background در دات نت

قسمت پنجم آموزش- آشنایی با مشکل Concurrency در برنامه های Multi-Threaded و راهکار های رفع این مشکل

قسمت ششم آموزش- آشنایی با کلاس Timer در زبان سی شارپ

قسمت هفتم آموزش-آشنایی با CLR ThreadPool در دات نت

قسمت هشتم آموزش- مقدمه ای بر Task Parallel Library و کلاس Parallel در دات نت

قسمت نهم آموزش- برنامه نویسی Parallel:آشنایی با کلاس Task در سی شارپ

قسمت دهم آموزش-برنامه نویسی Parallel در سی شارپ :: متوقف کردن Task ها در سی شارپ – کلاس CancellationToken

قسمت یازدهم آموزش- برنامه نویسی Parallel در سی شارپ :: کوئری های Parallel در LINQ

قسمت دوازدهم آموزش- آشنایی با کلمات کلیدی async و await در زبان سی شارپ

قسمت سیزدهم آموزش- استفاده از متد WhenAll برای اجرای چندین Task به صورت همزمان در سی شارپ

 

 

برنامه نویسی Parallel در سی شارپ و آشنایی با کلاس Task در سی شارپ

در قسمت قبل گفتیم که بوسیله کلاس Parallel و متدهای For و ForEach عملیات پردازش بر روی مجموعه ها را به صورت Parallel انجام دهیم. اما بحث Parallel Programming به همین جا ختم نمی شود و راه های دیگری نیز برای برنامه نویسی Parallel وجود دارد. یکی از این روش ها استفاده از کلاس Task است که این کلاس نیز در فضای نام System.Threading.Tasks قرار دارد. حالت های مختلفی برای استفاده از این کلاس وجود دارد که ساده ترین آن استفاده از خصوصیت Factory و متد StartNew است که در زیر نمونه ای از نحوه ایجاد یک Task را مشاهده می کنید:

 
Task.Factory.StartNew(()  = >
{
    Console.WriteLine("Task Started in Thread {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    for (int i = 1; i  < =  100; i++)
    {
        Console.WriteLine(i);
        Thread.Sleep(500);
    }
});

بوسیله کد بالا، یک Task جدید ایجاد شده که اعداد ۱ تا ۱۰۰ را در یک thread جداگانه در خروجی چاپ می شود. دقت کنید که بعد از اجرای برنامه شناسه Thread ای که Task در آن اجرا می شود با شناسه Thread اصلی برنامه متفاوت است. راهکار بعدی ایجاد یک شئ از روی کلاس Task و ارجرای آن است، در کد زیر Task بالا را به صورت ایجاد شئ ایجاد می کنیم:

 
Task task = new Task(()  = >
{
    Console.WriteLine("Task Started in Thread {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    for (int i = 1; i  < = 100; i++)
    {
        Console.WriteLine(i);
        Thread.Sleep(500);
    }
});
 
task.Start();
Console.ReadKey();

زمانی که Task جدیدی ایجاد می کنید بوسیله متد Start که برای کلاس Task تعریف شده است می توانید عملیات اجرای Task را شروع کنید. یکی از خصوصیت های تعریف شده در کلاس Task، خصوصیت IsCompleted است که بوسیله آن می توان تشخیص داد که Task در حال اجراست یا خیر:

 
Task task = new Task(()  = >
{
    Console.WriteLine("Task Started in Thread {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);
    for (int i = 1; i < =  100; i++)
    {
        Console.WriteLine(i);
        Thread.Sleep(500);
    }
});
 
task.Start();
while (!task.IsCompleted)
{
                 
}

دریافت خروجی از کلاس Task

می توان برای کلاس Task یک خروجی مشخص کرد، فرض کنید می خواهیم Task ای بنویسیم که میانگین حاصل جمع اعداد ۱ تا ۱۰۰ را حساب کرده و به عنوان خروجی بازگرداند. برای اینکار باید از کلاس Task که یک پارامتر جنریک دارد استفاده کنیم. ابتدا یک متد به صورت زیر تعریف می کنیم:

 
public static int CalcAverage()
{
    int sum = 0;
 
    for (int i = 1; i < = 100; i++)
    {
        sum += i;
    }
 
    return sum/100;
}

در قدم بعدی می بایست یک Task جنریک از نوع int تعریف کنیم و به عنوان سازنده نام متد تعریف شده را به آن ارسال کنیم:

 
Task < int >  task = new Task < int > (CalcAverage);
task.Start();
 
Console.WriteLine("Average: {0}", task.Result);

در کلاس بالا بعد از Start کردن Task، بوسیله خصوصیت Result می توانیم نتیجه خروجی از Task را بگیریم، دقت کنید که زمانی که می خواهیم مقدار خروجی را از Task بگیریم، برنامه منتظر می شود تا عملیات Task به پایان برسد و سپس نتیجه در خروجی چاپ می شود.

به این موضوع توجه کنید که بوسیله متد StartNew نیز می توان Task هایی که پارامتر خروجی دارند تعریف کرد:

 
var task = Task.Factory.StartNew < int > (CalcAverage);

کد بالا دقیقاً کار نمونه قبلی را انجام می دهد، فقط به جای ایجاد شئ Task و فراخوانی آن، از متد StartNew استفاده کردیم.

ارسال پارامتر به Task ها

یکی از قابلیت های Task ها امکان ارسال State به متدی است که قرار است به عنوان Task اجرا شود. برای مثال، فرض کنید در مثال قبلی که Task ایجاد شده حاصل میانگین را حساب کرده و به عنوان خروجی بر میگرداند می خواهیم عدد شروع و پایان را مشخص کنیم، برای اینکار ابتدا یک کلاس به صورت زیر تعریف می کنیم:

 
public class TaskParameters
{
    public int Start { get; set; }
    public int Finish { get; set; }
}

در ادامه کد متد CalcAverage را به صورت زیر تغییر می دهیم:

 
public static int CalcAverage(object state)
{
    var parameters = (TaskParameters) state;
    int sum = 0;
 
    for (int i = parameters.Start; i < = parameters.Finish; i++)
    {
        sum += i;
    }
 
    return sum/100;
}

در قدم بعدی باید روند ساخت شئ Task را به گونه ای تغییر دهیم که پارامترهای مورد نظر به عنوان state به متد CalcAverage ارسال شوند، برای اینکار به عنوان پارامتر دوم سازنده کلاس Task شئ ای از نوع TaskParameters به صورت زیر ارسال می کنیم:

 
Task < int > task = new Task < int > (CalcAverage, new TaskParameters()
{
    Start = 100,
    Finish = 1000
});

با انجام تغییرات بالا، توانستیم شئ ای را به عنوان State به Task ارسال کنیم، همچنین توجه کنید که امکان ارسال State بوسیله متد StartNew در خصوصیت Factory نیز وجود دارد. در این بخش با کلاس Task آشنا شدیم، در قسمت بعدی با نحوه متوقف کردن Task ها در زمان اجرا و کلاس CancellationToken آشنا می شویم.

منبع


قسمت اول آموزش-برنامه نویسی Asynchronous – آشنایی با Process ها، Thread ها و AppDomain ها

قسمت دوم آموزش- آشنایی با ماهیت Asynchronous در Delegate ها

قسمت سوم آموزش-آشنایی با فضای نام System.Threading و کلاس Thread

قسمت چهارم آموزش- آشنایی با Thread های Foreground و Background در دات نت

قسمت پنجم آموزش- آشنایی با مشکل Concurrency در برنامه های Multi-Threaded و راهکار های رفع این مشکل

قسمت ششم آموزش- آشنایی با کلاس Timer در زبان سی شارپ

قسمت هفتم آموزش-آشنایی با CLR ThreadPool در دات نت

قسمت هشتم آموزش- مقدمه ای بر Task Parallel Library و کلاس Parallel در دات نت

قسمت نهم آموزش- برنامه نویسی Parallel:آشنایی با کلاس Task در سی شارپ

قسمت دهم آموزش-برنامه نویسی Parallel در سی شارپ :: متوقف کردن Task ها در سی شارپ – کلاس CancellationToken

قسمت یازدهم آموزش- برنامه نویسی Parallel در سی شارپ :: کوئری های Parallel در LINQ

قسمت دوازدهم آموزش- آشنایی با کلمات کلیدی async و await در زبان سی شارپ

قسمت سیزدهم آموزش- استفاده از متد WhenAll برای اجرای چندین Task به صورت همزمان در سی شارپ