这个 Parallel.ForEach() 的使用是否线程安全？

Question

基本上，我正在使用这个：

var data = input.AsParallel();
List<String> output = new List<String>();

Parallel.ForEach<String>(data, line => {
    String outputLine = ""; 
    // ** Do something with "line" and store result in "outputLine" **

    // Additionally, there are some this.Invoke statements for updating UI

    output.Add(outputLine);
});

输入是一个List<String>对象。 ForEach()语句对每个值进行一些处理，更新UI，并将结果添加到outputList中。这种方法本身有什么问题吗？

注：

• 输出顺序不重要

更新：

根据我收到的反馈，我已经在output.Add语句和UI更新代码中手动添加了lock。

- Chris Laplante

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你对“线程安全”的定义是什么？输出顺序是否重要？如果您提供所有相关代码，将会更有帮助。 - Sanjeevakumar Hiremath

@Sanjeevakumar Hiremath：抱歉，我应该包括那些细节。 - Chris Laplante

我编辑了我的答案，展示了一种不涉及lock等的方法。 - Marc Gravell

Answer 1

是的；List<T>不是线程安全的，因此从任意线程(ad-hoc)随意地添加元素(很可能同时进行)注定会出错。你应该使用线程安全的列表，或手动添加锁。或者也许有一个Parallel.ToList。

还有，如果需要的话：插入顺序不能保证。

然而，这个版本是安全的：

var output = new string[data.Count];

Parallel.ForEach<String>(data, (line,state,index) =>
{
    String outputLine = index.ToString();
    // ** Do something with "line" and store result in "outputLine" **

    // Additionally, there are some this.Invoke statements for updating UI
    output[index] = outputLine;
});

在这里，我们使用index来更新每个并行调用的不同数组索引。

- Marc Gravell

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谢谢！幸运的是，在我的情况下，输出顺序不重要，因此我只是在 add 语句外面加了一个锁。 - Chris Laplante

没有Parallel.ToList，但是有ConcurrentQueue、ConcurrentStack和其他与TPL同时设计的类。它们是线程安全且易于使用的。由于顺序不重要，它们在这里可以使用。而且没有锁！ - Scott Wylie

还有.AsParallel()和ParallelEnumerable扩展方法ToList()。 - Scott Chamberlain

请注意，在并行编程中向数组进行写入，虽然线程安全，但不一定会很快。当多个线程尝试写入驻留在同一内存块中的索引时，它们会互相等待。我还没有将其与线程安全集合进行比较，但是可能会有相同的限制，因为这是底层的东西。 - Timo

Answer 2

这段代码有什么本质问题吗？

有，全都有。这段代码存在潜在的安全隐患。在多个线程同时更新列表时，列表不安全；在非 UI 线程中不能更新 UI。

- Eric Lippert

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@SimpleCoder：你可能会发现，与将工作交给多个核心相比，你花费的时间在争夺锁方面更多。如果工作相对于将其添加到锁定列表中的成本不是很昂贵，那么通过并行处理来做这件事情可能会让你的程序变得更慢。你可以尝试使用专为同步设计的集合，这样也许能获得更好的结果。 - Eric Lippert

@SimpleCoder：在UI更新中添加锁定是错误的。UI是单元线程化，而不是租赁式线程化。UI只能从一个线程，即指定的UI线程中调用。加上锁然后从错误的线程中调用仍然是非法的。如果你想从工作线程更新UI，那么工作线程必须向UI线程发出信号，告诉UI线程需要进行工作。 - Eric Lippert

@SimpleCoder - lock 对于 UI 来说是不够的，你需要使用本地的“在 UI 上执行此操作”的代码；对于 WinForms，请使用 Control.Invoke，对于 WPF，请使用 Dispatcher.Invoke。 - Marc Gravell

@SimpleCoder - 那个lock是多余的；消息队列本身就是线程安全的（为了正常工作它必须如此）。因此，你可以从任何地方同时进行Invoke操作。添加一个lock有可能导致死锁，所以我建议将那个去掉。 - Marc Gravell

@SimpleCoder，这并不重要，但是如果我没记错的话，在这种情况下MethodInvoker会得到特殊处理，避免使用DynamicInvoke。虽然签名相同，但作为一种微观优化（即几乎肯定不会有影响），您可能希望使用MethodInvoker updateProgressBar = ...。 - Marc Gravell

Answer 3

文档中提到了关于List<T>的线程安全性：

该类型的公共静态成员（在 Visual Basic 中为 Shared 成员）是线程安全的。任何实例成员都不能保证是线程安全的。

List(Of T) 可以支持多个读取器同时访问，只要集合不被修改即可。枚举集合本质上不是一个线程安全的过程。在罕见的情况下，如果枚举与一个或多个写访问竞争，则确保线程安全的唯一方法是在整个枚举期间锁定集合。为了允许多个线程访问和写入集合，必须实现自己的同步。

因此，output.Add(outputLine) 不是线程安全的，您需要自行确保线程安全，例如通过将添加操作包装在 lock 语句中。

- Heinzi

Answer 4

当您需要并行操作的结果时，PLINQ 比 Parallel 类更方便。您可以通过将 input 转换为 ParallelQuery<T> 来开始：

ParallelQuery<string> data = input.AsParallel();

...但是你把data传递给了Parallel.ForEach，它将其视为标准的IEnumerable<T>。所以AsParallel()是浪费的。它没有提供任何并行化，只增加了开销。这里是使用PLINQ的正确方法：

List<string> output = input
    .AsParallel()
    .Select(line =>
    {
        string outputLine = ""; 
        // ** Do something with "line" and store result in "outputLine" **
        return outputLine;
    })
    .ToList();

你需要注意以下几点区别：

1. Parallel 默认在 ThreadPool 上运行代码，但它是 可配置的。PLINQ 仅使用 ThreadPool。
2. Parallel 默认具有无限并行性（它使用 ThreadPool 的所有可用线程）。PLINQ 默认使用最多 Environment.ProcessorCount 线程。

关于结果的顺序，PLINQ 默认不保留顺序。如果您想保留顺序，可以附加 AsOrdered 运算符。

- Theodor Zoulias