目次 概要.. 3 演習 1: 静的 PARALLEL ヘルパークラスを使用した既存のアルゴリズムの並列化 6 タスク 1 実行時間の長いサービスを並列化する 6 演習 2: 並列タスクの作成と実行. 23 タスク 1 並列タスクを特別な設定なしに実行する 23 タスク 2 Wait() メソッドと

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1 ハンズオンラボ Parallel Extensions ラブラリの概要 ラボバージョン : 最終更新日 : 2010 年 2 月 9 日

2 目次 概要.. 3 演習 1: 静的 PARALLEL ヘルパークラスを使用した既存のアルゴリズムの並列化 6 タスク 1 実行時間の長いサービスを並列化する 6 演習 2: 並列タスクの作成と実行. 23 タスク 1 並列タスクを特別な設定なしに実行する 23 タスク 2 Wait() メソッドと WaitAll() メソッドを使用する. 25 タスク 3 IsCompleted プロパテゖを使用する.. 29 タスク 4 ContinueWith() メソッドを使用する. 31 演習 3: TASK<T> クラスを使用した値を返すタスクの作成と実行 33 タスク 1 タスクの戻り値を取得する 33 演習 4: PLINQ を使用した LINQ クエリの並列化.. 35 タスク 1 ParallelEnumerable クラスの静的メソッドを使用して LINQ を並列化する 36 タスク 2 ParallelEnumerable クラスの拡張メソッドを使用して LINQ を並列化する 40 タスク 3 AsParallel() をクエリの包含構文と併用する 44 まとめ.. 46

3 概要 最近のコンピューターでは そのコンピューター上で実行するシステムが使用できるプロセッサ数やコゕ数が飛躍的に増加しました システム開発者は 開発中のソフトウェゕにこうしたメリットをさまざまな方法で取り入れることができます 特に 複雑なゕルゴリズムや大規模なデータセットを処理する際に役立ちます マクロソフトの Parallel Computing Platform (PCP: パラレルコンピューテゖングプラットフォーム ) には 開発者が効率的で管理しやすく スケーラブルな方法でこのメリットを活用できるツールが用意されています Parallel Extensions to.net Framework により こうしたツールセットにいくつもの重要な概念がもたらされます たとえば Task Parallel Library (TPL) や並列 LINQ (PLINQ) による命令型のタスク並列処理を使用すると 開発者はデータの並列処理を宣言的な方法で扱うことができます 目的 このハンズオンラボでは 次のことを行う方法について学習します 静的 Parallel ヘルパークラスを使用して既存のゕルゴリズムを並列化し 自動的に 処理される同時実行を表現する 実行中のタスクをキャンセルするといった機能を可能にするタスクを作成および実 行する Task<T> クラスを使用して 値を返すタスクを作成および実行する 並列 LINQ (PLINQ) を使用して LINQ クエリを並列環境での実行向けに最適化する システム要件 このラボには 次のものが必要です Microsoft Visual Studio 2010 Beta 2.NET Framework 4

4 セットアップ メモ : 日本語環境でこのラボを実行する場合は下記の Read Me を参考にして セットゕッ プを実行してください 構成ウゖザード (Configuration Wizard) を使用すると このラボの要件がすべて確認されます すべての要件が正しく構成されていることを確認するには 次の手順を実行します メモ : セットゕップ手順を実行するには 管理者特権を使ってコマンドウゖンドウからスクリプトを実行する必要があります 1. トレーニングキットの構成ウゖザードを以前に実行していなければ 実行します これには %TrainingKitInstallationFolder%\Labs\ParallelExtensions\Source\Setup フォルダーの CheckDependencies.cmd スクリプトを実行します 前提条件を満たしていなければ 必要な項目をすべてンストールし ( 必要に応じて再スキャンし ) ウゖザードを完了します メモ : 便宜上 このラボで管理するコードの大半は Visual Studio のコードスニペットとして使用できるようにしています CheckDependencies.cmd フゔルによって Visual Studio ンストーラーフゔルが起動し コードスニペットがンストールされます 複数のバージョンの Visual Studio がンストールされている場合 対象のコードスニペットをすべて選択した上で ンストール先に Visual Studio のバージョンを選択してください 演習 このハンズオンラボは 以下の演習から構成されています 静的 Parallel ヘルパークラスを使用した既存のゕルゴリズムの並列化

5 並列タスクの作成と実行 Task<T> クラスを使用した値を返すタスクの作成と実行 PLINQ を使用した LINQ クエリの並列化 ラボの推定所要時間 : 60 分 次の手順 : 演習 1: 静的 Parallel ヘルパークラスを使用した既存のゕルゴリズムの並列化

6 演習 1: 静的 Parallel ヘルパークラスを 使用した既存のゕルゴリズムの並列化 この演習では 静的 Parallel ヘルパークラスを使用して 既存のゕルゴリズムを並列化する方法について学習します たとえば for() の代わりに Parallel.For() を使用できます メモ : 各手順を正しく実行していることを確認するために 各タスクの最後にソリューションをビルドすることをお勧めします タスク 1 実行時間の長いサービスを並列化するこのタスクでは 簡単なサンプルコードを作成して 実行時間の長いサービス呼び出しのシミュレーションを行いますす ここでは この演習の開始ソリューションとして用意されている PayrollServices.GetPayrollDeduction() メソッドを使用します 最終的に並列実行の対象となるのは この種の実行時間の長いコードです 1. Microsoft Visual Studio 2010 を起動します [ スタート ] ボタンをクリックし [ すべてのプログラム ] [Microsoft Visual Studio 2010] [Microsoft Visual Studio 2010] の順にクリックします 2. %TrainingKitInstallationFolder%\Labs\IntroToParallelExtensions\Source\Ex01- UsingStaticParallelHelper\begin フォルダーの フォルダーもしくは VB フォルダーにある ParallelExtLab.sln ソリューションフゔルを開きます ( お好きな言語を選択してください ) メモ : このソリューションが作業の出発点となり 操作するデータを保持する EmployeeList ヘルパークラスを含んでいます 3. Visual Studio で Program.cs フゔル () または Module1.vb () を開き Main() メソッドに移動します まず 操作対象の従業員一覧を作成する必要がある ため 次のようにクラス変数を追加し この変数を Main() メソッドで初期化します

7 ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Create employee list CSharp) class Program private static EmployeeList employeedata; static void Main(string[] args) employeedata = new EmployeeList(); Console.WriteLine("Payroll process started at 0", DateTime.Now); var sw = Stopwatch.StartNew(); // 呼び出すメソッド Console.WriteLine("Payroll finished at 0 and took 1", DateTime.Now, sw.elapsed.totalseconds); Console.WriteLine(); Console.ReadLine(); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Create employee list VB) Module Module1 Private employeedata As EmployeeList Sub Main(ByVal args() As String) employeedata = New EmployeeList() Console.WriteLine("Payroll process started at 0", DateTime.Now) Dim sw = Stopwatch.StartNew() ' Methods to call Console.WriteLine("Payroll finished at 0 and took 1", DateTime.Now, sw.elapsed.totalseconds) Console.WriteLine() Console.ReadLine() End Module 4. 次のメソッドを Program.cs () または Module1.vb () に追加します このメソッドは 標準の for ループを使用して Employees の一覧を反復処理し 用意したビルド済みのコードと同様 実行時間の長い PayrollServices.GetPayrollDeduction() メソッドを呼び出します コードは次のようになります

8 ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_ParallelizeLongRunningService CSharp) private static void Ex1Task1_ParallelizeLongRunningService() Console.WriteLine("Non-parallelized for loop"); for (int i = 0; i < employeedata.count; i++) Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", employeedata[i].employeeid); decimal span = PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[i]); Console.WriteLine("Completed process for employee id 0" + "process took 1 seconds", employeedata[i].employeeid, span); Console.WriteLine(); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_ParallelizeLongRunningService VB) Private Sub Ex1Task1_ParallelizeLongRunningService() Console.WriteLine("Non-parallelized for loop") For i = 0 To employeedata.count - 1 Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", employeedata(i).employeeid) Dim span As Decimal = PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(i)) Console.WriteLine("Completed process for employee id 0" & "process took 1 seconds", employeedata(i).employeeid, span) Console.WriteLine() Next i 5. Main() メソッドから Ex1Task1_ParallelizeLongRunningService メソッドを呼び出します static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex1Task1_ParallelizeLongRunningService();

9 Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex1Task1_ParallelizeLongRunningService() 6. ゕプリケーションをビルドして実行します 7. 次の画面のように すべての従業員が ID 順に処理されます ( 完了までの実際の時間 は状況によって異なります ) 図 1 実行時間の長いサービスを並列呼び出ししない場合の出力

10 8. 並列機能を使用するには 次のメソッドを Program.cs () または Module1.vb (VB) に 追加します このコードでは 静的 Parallel オブジェクトの For() メソッドを使用し ます ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_UseParallelForMethod CSharp) private static void Ex1Task1_UseParallelForMethod() Parallel.For(0, employeedata.count, i => Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", employeedata[i].employeeid); decimal span = PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[i]); Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", employeedata[i].employeeid); Console.WriteLine(); ); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_UseParallelForMethod VB) Private Sub Ex1Task1_UseParallelForMethod() Parallel.For(0, employeedata.count, Sub(i) Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", employeedata(i).employeeid) Dim span As Decimal = PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(i)) Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", employeedata(i).employeeid) Console.WriteLine() ) 9. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex1Task1_UseParallelForMethod() メソッドに置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex1Task1_UseParallelForMethod();

11 Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex1Task1_UseParallelForMethod() 10. ゕプリケーションをビルドして実行します 11. 今度は 従業員が必ずしも ID 順に処理されていません また 最初の呼び出しから戻る前に GetPayrollDeduction() メソッドが複数呼び出されています 呼び出しを並列実行すると 順次実行よりもジョブ全体が短時間で完了します

12 図 2 実行時間の長いサービスを並列呼び出しした場合の出力

13 メモ : ループが並列実行されるため 各反復処理のスケジュールが設定され 使用可能なすべてのコゕで個別に実行されます つまり 一覧が順序どおりに処理されるとは限らないため コードに大きな影響を与えることがあります ループ内の各反復処理が互いに完全に独立するように コードを設計してください 正常に処理が完了するよう どの反復処理も別の反復処理に依存しないようにします 12. Parallel Extensions ラブラリには 並列バージョンの foreach 構造も用意されていま す 次のコードは この構造の並列ではない実装方法を示しています Program.cs () または Module1.vb () に次のメソッドを追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_StandardForEach Csharp) private static void Ex1Task1_StandardForEach() foreach (Employee employee in employeedata) Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", employee.employeeid); decimal span = PayrollServices.GetPayrollDeduction(employee); Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", employee.employeeid); Console.WriteLine(); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_StandardForEach VB) Private Sub Ex1Task1_StandardForEach() For Each employee As Employee In employeedata Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", employee.employeeid) Dim span As Decimal = PayrollServices.GetPayrollDeduction(employee) Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", employee.employeeid) Console.WriteLine() Next employee 13. Main() メソッドで Parallel.For( ) ループを次のコードに置き換えます

14 static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex1Task1_StandardForEach(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex1Task1_StandardForEach() 14. ゕプリケーションをビルドして実行します メモ : 従業員は再び ID 順に処理されます このジョブの完了に要した合計時間にも 注目してください ( 実際の時間は状況によって異なります )

15 図 3 並列処理しない for each 実装の出力 15. Parallel Extensions の for each 構造の実装を活用するために Parallel クラスの ForEach() メソッドを使用するようにコードを変更します Program.cs () または Module1.vb () に次のメソッドを追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_ParallelForEach)

16 private static void Ex1Task1_ParallelForEach() Parallel.ForEach(employeeData, ed => Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", ed.employeeid); decimal span = PayrollServices.GetPayrollDeduction(ed); Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", ed.employeeid); Console.WriteLine(); ); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_ParallelForEach VB) Private Sub Ex1Task1_ParallelForEach() Parallel.ForEach(employeeData, Sub(ed) Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", ed.employeeid) Dim span As Decimal = PayrollServices.GetPayrollDeduction(ed) Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", ed.employeeid) Console.WriteLine() ) 16. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex1Task1_ParallelForEach メソ ッドに置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex1Task1_ParallelForEach(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex1Task1_ParallelForEach() 17. ゕプリケーションをビルドして実行します

17 18. また 従業員が ID 順に処理されなくなります 各ループが並列実行されるため ループ内の各反復処理が使用可能なすべてのコゕで個別に実行されます 使用可能なコゕがすべてゕプリケーションで使用されるため 順次実行よりも短時間でジョブが完了します 図 4 並列処理する for each の実装の出力 メモ : Parallel Extensions ラブラリには 静的 Parallel クラスからゕクセスする Invoke() という便利なメソッドもあります このメソッドを使用すると 匿名メソ

18 ッドやラムダ式を並列実行できます Invoke メソッドの使用方法を説明するために 一般的なツリー処理ゕルゴリズムを示し 続いてこのゕルゴリズムを並列処理して ツリー全体の処理時間を短縮する方法について説明します この例では 従業員の階層を処理し 処理対象の従業員ごとに GetPayrollDeduction() メソッドを実行します 19. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex1Task1_WalkTree() メソッド に置き換えます このコードでは 従業員階層のンスタンスを作成し ツリーウ ォーカーメソッドを呼び出します static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex1Task1_WalkTree(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex1Task1_WalkTree() ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_WalkTree CSharp) private static void Ex1Task1_WalkTree() EmployeeHierarchy employeehierarchy = new EmployeeHierarchy(); WalkTree(employeeHierarchy); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 Ex1Task1_WalkTree VB) Private Sub Ex1Task1_WalkTree() Dim employeehierarchy As New EmployeeHierarchy() WalkTree(employeeHierarchy)

19 20. Program クラスに次のメソッドを追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 WalkTree CSharp) private static void WalkTree(Tree<Employee> node) if (node == null) return; if (node.data!= null) Employee emp = node.data; Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", emp.employeeid); decimal span = PayrollServices.GetPayrollDeduction(emp); Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", emp.employeeid); Console.WriteLine(); WalkTree(node.Left); WalkTree(node.Right); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex1 WalkTree VB) Private Sub WalkTree(ByVal node As Tree(Of Employee)) If node Is Nothing Then Return End If If node.data IsNot Nothing Then Dim emp As Employee = node.data Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", emp.employeeid) Dim span As Decimal = PayrollServices.GetPayrollDeduction(emp) Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", emp.employeeid) Console.WriteLine() End If WalkTree(node.Left) WalkTree(node.Right) 21. ゕプリケーションをビルドして実行します

20 22. 従業員は ID 順に処理されます ツリーの処理に要した合計時間にも注目してくださ い ( 実際の時間は状況によって異なります ) 図 5 並列処理しないツリーウォーカーの出力

21 メモ : ツリーは構造化されているため 上記の並列処理しないゕルゴリズムでツリ ーを処理すると データが ID 順に出力されます 23. ツリーを並列処理するには WalkTree() メソッド最後の 2 つの WalkTree() 呼び出し を 静的 Parallel クラスの Invoke() メソッドに置き換えます private static void WalkTree(Tree<Employee> node) if (node == null) return; if (node.data!= null) Employee emp = node.data; Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", emp.employeeid); decimal span = PayrollServices.GetPayrollDeduction(emp); Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", emp.employeeid); Console.WriteLine(); Parallel.Invoke(delegate WalkTree(node.Left);, delegate WalkTree(node.Right); ); Private Sub WalkTree(ByVal node As Tree(Of Employee)) If node Is Nothing Then Return End If If node.data IsNot Nothing Then Dim emp As Employee = node.data Console.WriteLine("Starting process for employee id 0", emp.employeeid) Dim span As Decimal = PayrollServices.GetPayrollDeduction(emp) Console.WriteLine("Completed process for employee id 0", emp.employeeid) Console.WriteLine() End If Parallel.Invoke(Sub() WalkTree(node.Left), Sub() WalkTree(node.Right)) 24. ゕプリケーションをビルドして実行します

22 25. ツリー内の従業員が ID 順に処理されなくなり 他のノードの処理が完了する前に処 理が開始されるノードがあることがわかります ツリー全体の処理時間も短縮され ています 図 6 並列処理するツリーウォーカーの出力

23 メモ : Invoke() メソッドでは コゕが使用できるかどうかによって WalkTree() への 各呼び出しのスケジュールを設定します このため ツリーが予測可能な方法で処 理されるとは限りません コードの設計時にはこの点に注意が必要です 次の手順 : 演習 2: 並列タスクの作成と実行 演習 2: 並列タスクの作成と実行 Parallel Extensions ラブラリには 複数のコゕで作業項目を並列処理するために使用できる Task クラスが用意されています 基本的に Task オブジェクトは TaskManager で必要と判断されれば 他の作業単位と並列実行するようにスケジュールが設定される 簡易作業単位と考えることができます Task オブジェクトを作成したら 実行するロジックを含むデリゲートやラムダステートメントを 作成したオブジェクトに提供する必要があります 次に Parallel Extensions ラブラリの中核となる TaskManager が Task の実行スケジュールを設定します 実行スケジュールは 別のコゕで実行中の別のスレッドに設定されることもあります メモ : 各手順を正しく実行していることを確認するために 各タスクの最後にソリューションをビルドすることをお勧めします タスク 1 並列タスクを特別な設定なしに実行する 1. Microsoft Visual Studio 2010 を起動します [ スタート ] ボタンをクリックし [ すべてのプログラム ] [Microsoft Visual Studio 2010] [Microsoft Visual Studio 2010] の順にクリックします 2. %TrainingKitInstallationFolder%\Labs\IntroToParallelExtensions\Source\Ex02- CreateAndRunParallelizedTasks\begin フォルダーの フォルダーもしくは VB フォルダーにある ParallelExtLab.sln ソリューションフゔルを開きます ( お好みの言語を

24 選択してください ) 前の演習で作成したソリューションから作業を続行することも できます 3. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex2Task1_NativeParallelTasks() メソッドに置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex2Task1_NativeParallelTasks(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex2Task1_NativeParallelTasks() 4. Ex2Task1_NativeParallelTasks メソッドを Program.cs () または Module1.vb (Visual Basic) に追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task1_NativeParallelTasks CSharp) private static void Ex2Task1_NativeParallelTasks() Task task1 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[0]); ); Task task2 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[1]); ); Task task3 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[2]); ); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task1_NativeParallelTasks VB) Private Sub Ex2Task1_NativeParallelTasks()

25 Dim task1 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(0))) Dim task2 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(1))) Dim task3 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(2))) 5. ゕプリケーションをビルドして実行します 6. 並列実行では Ex2Task1_NativeParallelTasks メソッドが終了して Main メソッドに制御が戻るまでに処理が完了しないタスクも存在します Main メソッドに戻る前に完了しなかったタスクがあるため 表示されている時間は合計処理時間ではありません 図 7 複数の並列タスクからの出力 タスク 2 Wait() メソッドと WaitAll() メソッドを使用する タスクを並列実行するメリットは 実行時間の短縮と マルチコゕプロセッサの活用です しかし タスク 1 の実装では タスクを処理するスレッドが終了する前にメンゕプリケ ーションが終了してしまうことがあります 個別の Task オブジェクトで Wait() メソッドを呼び出すことで このような状況に対処でき ます その結果 メンスレッドは当該タスクの完了まで待機してから次の命令を続行す るようになります 1. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex2Task2_WaitHandling() メソ ッドに置き換えます このコードは待機処理を追加します static void Main(string[] args)

26 // 呼び出すメソッド Ex2Task2_WaitHandling(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex2Task2_WaitHandling() 2. Ex2Task2_WaitHandling() メソッドを Program.cs () または Module1.vb () に 追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task2_WaitHandling CSharp) private static void Ex2Task2_WaitHandling() Task task1 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[0]); ); Task task2 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[1]); ); Task task3 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[2]); ); task1.wait(); task2.wait(); task3.wait(); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task2_WaitHandling VB) Private Sub Ex2Task2_WaitHandling() Dim task1 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(0))) Dim task2 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(1))) Dim task3 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(2))) task1.wait() task2.wait() task3.wait()

27 3. ゕプリケーションをビルドして実行します 4. 終了日時を表示してメンスレッドが終了する前に タスクが 3 つとも完了してい ます 図 8 個別に Wait() 状態を使用する並列タスクの出力 メモ : メンスレッドは 作成した Task オブジェクトの完了を待機してから 処理を続行します これは ThreadPool.QueueUserWorkItem を使用するよりもはるかに簡単かつ明確な方法です QueueUserWorkItem メソッドを使用すると リセットベントを主導で作成および管理する必要が生じ Interlocked 操作が追加される可能性もあります 5. 個別の Task オブジェクトの Wait() メソッド以外に 静的 Task クラスには WaitAll() メソッドもあり タスクのリストを指定して 1 回の呼び出しでこれらのタスクの 完了を待機できます このメソッドの動作を確認するには task1 task2 および task3 の各 Wait() 呼び出しを削除して 次のコードに置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex2Task2_WaitHandlingWaitAll(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex2Task1_WaitHandlingWaitAll()

28 6. Ex2Task2_WaitHandlingWaitingAll() メソッドを Program.cs () または Module1.vb () に追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task2_WaitHandlingWaitAll CSharp) private static void Ex2Task2_WaitHandlingWaitAll() Task task1 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[0]); ); Task task2 = Task.Factory.StartNew (delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[1]); ); Task task3 = Task.Factory.StartNew (delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[2]); ); Task.WaitAll(task1, task2, task3); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task2_WaitHandlingWaitAll VB) Private Sub Ex2Task2_WaitHandlingWaitAll() Dim task1 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(0))) Dim task2 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(1))) Dim task3 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(2))) Task.WaitAll(task1, task2, task3) 7. ゕプリケーションをビルドして実行します 8. メンゕプリケーションは すべての Task の完了を待機してから続行します 図 9

29 WaitAll() を使用する並列タスクの出力 タスク 3 IsCompleted プロパティを使用する 他の処理を実行する前に Task オブジェクトの進行状況をチェックする場合 ( たとえば 最初 のタスクが完了していなければ実行できない別のタスクがある場合 ) Wait() メソッドを使 用すると Task オブジェクトを起動したスレッド上での他のタスクの実行をブロックして しまうため Wait() メソッドを使用したくないこともあるでしょう このような場合に備え て Task クラスでは IsCompleted プロパテゖを公開しています このプロパテゖを使用する と Task オブジェクトの処理が完了しているかどうかチェックしてから他の処理を続行で きます 1. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex2Task3_TaskIsCompleted() メ ソッドに置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex2Task3_TaskIsCompleted(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex2Task3_TaskIsCompleted() 2. Ex2Task3_TaskIsCompleted() メソッドを Program.cs () または Module1.vb (Visual Basic) に追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task3_TaskIsCompleted CSharp) private static void Ex2Task3_TaskIsCompleted()

30 Task task1 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[0]); ); while (!task1.iscompleted) Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("Waiting on task 1"); Task task2 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[1]); ); while (!task2.iscompleted) Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("Waiting on task 2"); Task task3 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[2]); ); while (!task3.iscompleted) Thread.Sleep(1000); Console.WriteLine("Waiting on task 3"); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task3_TaskIsCompleted VB) Private Sub Ex2Task3_TaskIsCompleted() Dim task1 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(0))) Do While Not task1.iscompleted Thread.Sleep(1000) Console.WriteLine("Waiting on task 1") Loop Dim task2 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(1))) Do While Not task2.iscompleted Thread.Sleep(1000) Console.WriteLine("Waiting on task 2") Loop Dim task3 As Task = Task.Factory.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(2))) Do While Not task3.iscompleted Thread.Sleep(1000) Console.WriteLine("Waiting on task 3") Loop

31 3. ゕプリケーションをビルドして実行します 4. タスク 2 とタスク 3 は 前のタスクの IsCompleted プロパテゖが true になるまで開 始されません 図 10 IsCompleted プロパテゖを使用する並列タスクの出力 タスク 4 ContinueWith() メソッドを使用する IsCompleted プロパテゖは Task オブジェクトにポーリングして終了しているかどうか調べ その後他のタスクを実行するのに役立ちますが Task クラスにはもっと便利なオプション があります ContinueWith() メソッドを使用すると タスクを特定の順序で連続実行できま す ContinueWith() メソッドに引数として渡された機能は Task オブジェクトのロジックが続行 されると実行されます 1. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex2Task4_ContinueWith() メソ ッドに置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex2Task4_ContinueWith(); Sub Main(ByVal args() As String)

32 ' Methods to call Ex2Task4_ContinueWith() 2. Ex2Task4_ContinueWith() メソッドを Program.cs () または Module1.vb () に追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task4_ContinueWith CSharp) private static void Ex2Task4_ContinueWith() Task task3 = Task.Factory.StartNew(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[0]); ).ContinueWith(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[1]); ).ContinueWith(delegate PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[2]); ); task3.wait(); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex2 Ex2Task4_ContinueWith VB) Private Sub Ex2Task4_ContinueWith() Dim task3 As Task = Task.Factory _.StartNew(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(0))) _.ContinueWith(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(1))) _.ContinueWith(Sub() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(2))) task3.wait() メモ : ここでは 最初の Task オブジェクトを通常どおり作成していますが ContinueWith() メソッドを使用して 以降の呼び出しが順序どおりにランタムか ら実行されるようにしています 3. ゕプリケーションをビルドして実行します 4. タスクが順序どおり (employee 1 employee 2 employee 3 の順 ) に実行されます

33 図 11 ContinueWith により順序と待機状態を確保する並列タスクの出力 次の手順 : 演習 3: Task<T> クラスを使用した値を返すタスクの作成と実行 演習 3: Task<T> クラスを使用した値を 返すタスクの作成と実行 ご覧のように Task オブジェクトは機能の単位を並列環境で起動するのに役立ちますが 機能単位の実行結果として値を返すメカニズムも備えています この例を示すために ここでは Task<decimal> の新しいンスタンスを作成し 静的 Task.Factory.StartNew() メソッドを使用して 戻り値を取得する方法で GetPayrollDeduction() メソッドを実行します タスク 1 タスクの戻り値を取得する 1. Microsoft Visual Studio 2010 を起動します [ スタート ] ボタンをクリックし [ すべてのプログラム ] [Microsoft Visual Studio 2010] [Microsoft Visual Studio 2010] の順にクリックします 2. %TrainingKitInstallationFolder%\Labs\IntroToParallelExtensions\Source\Ex03- UseTaskResult\begin フォルダーの フォルダーもしくは VB フォルダーにある ParallelExtLab.sln ソリューションフゔルを開きます ( お好みの言語を選択してください ) 前の演習で作成したソリューションから作業を続行することもできます

34 3. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex3Task1_TaskReturnValue() メ ソッドに置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex3Task1_TaskReturnValue(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex3Task1_TaskReturnValue() 4. Ex3Task1_TaskReturnValue() メソッドを Program.cs () または Module1.vb (Visual Basic) に追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex3 Ex3Task1_TaskReturnValue CSharp) private static void Ex3Task1_TaskReturnValue() Console.WriteLine("Calling parallel task with return value"); var data = Task.Factory.StartNew(() => PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData[0])); Console.WriteLine("Parallel task returned with value of 0", data.result); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex3 Ex3Task1_TaskReturnValue VB) Private Sub Ex3Task1_TaskReturnValue() Console.WriteLine("Calling parallel task with return value") Dim data As Task(Of Decimal) = Task.Factory.StartNew(Function() PayrollServices.GetPayrollDeduction(employeeData(0))) Console.WriteLine("Parallel task returned with value of 0", data.result)

35 メモ : 値を取得するには data.result プロパテゖを調べます Result プロパテゖの呼び出し時にタスクが完了していれば 値がすぐに返されます 完了していなければ タスクが完了して値を取得できるようになるまで 実行中のコードがブロックされます 上記の例では Result プロパテゖをすぐに呼び出していますが これは理想的な処理ではありません Task<T> が非常に役立つのは しばらくは戻り値を取得しないような状況で作業単位を実行するときです 5. ゕプリケーションをビルドして実行します 6. タスクが完了し 戻り値が返されます 図 12 Task を実行して戻り値を取得する場合の出力 次の手順 : 演習 4: PLINQ を使用した LINQ クエリの並列化 演習 4: PLINQ を使用した LINQ クエリ の並列化 並列 LINQ (PLINQ) を使用すると 開発者は LINQ クエリを並列環境での実行向けに最適化できます Parallel Extensions ラブラリには LINQ クエリに並列処理を実装する方法が多数用意されています PLINQ では System.Linq.Enumerable クラスと同様の機能を提供する System.Linq.ParallelEnumerable クラスを使用できます

36 タスク 1 ParallelEnumerable クラスの静的メソッドを使用して LINQ を並列化する このタスクでは 前の演習と同じソリューションを引き続き使用します 1. Microsoft Visual Studio 2010 を起動します [ スタート ] ボタンをクリックし [ すべて のプログラム ] [Microsoft Visual Studio 2010] [Microsoft Visual Studio 2010] の順にク リックします 2. %TrainingKitInstallationFolder%\Labs\IntroToParallelExtensions\Source\Ex04- PLINQ\begin フォルダーの フォルダーもしくは VB フォルダーにある ParallelExtLab.sln ソリューションフゔルを開きます ( お好みの言語を選択してく ださい ) 前の演習で作成したソリューションから作業を続行することもできます 3. Main() メソッドから現在呼び出しているメソッドを Ex4Task1_PLINQ() メソッドに 置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex4Task1_PLINQ(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex4Task1_PLINQ() 4. Ex4Task1_PLINQ () メソッドを Program.cs () または Module1.vb () に追加 します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task1_PLINQ SCharp) static void Ex4Task1_PLINQ() var q = Enumerable.Select( Enumerable.OrderBy( Enumerable.Where(employeeData, x => x.employeeid % 2 == 0),

37 x => x.employeeid), x => PayrollServices.GetEmployeeInfo(x)).ToList(); foreach (var e in q) Console.WriteLine(e); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task1_PLINQ VB) Private Sub Ex4Task1_PLINQ() Dim q = Enumerable.Select( Enumerable.OrderBy( Enumerable.Where( employeedata, Function(x) x.employeeid Mod 2 = 0), Function(x) x.employeeid), Function(x) PayrollServices.GetEmployeeInfo(x)) _.ToList() For Each e In q Console.WriteLine(e) Next e メモ : Select() メソッド OrderBy() メソッド および Where() メソッドは IEnumerable<T> クラスからの拡張メソッドですが ここでは静的にゕクセスしています より簡潔な使用方法については 後で説明します ToList() 呼び出しは 説明を目的としており 運用コードには必ずしも必要ではありません ここでは LINQ クエリをすぐに実行してすべての従業員情報文字列を収集し 後で画面に表示するために使用しています ToList() メソッドを省略する場合でも クエリは EmployeeID 順に実行されますが GetEmployeeInfo() への各呼び出しは IEnumerable<T> が foreach ループで反復処理されるまで実行されません これを遅延実行と呼びます 詳細については Scott Wisniewski の記事 ( を参照してください 5. ゕプリケーションをビルドして実行します

38 6. LINQ クエリで EmployeeID 順に処理が実行されます この処理の完了に要する合計 時間にも注目してください ( 実際の時間は状況によって異なります ) 図 13 並列処理しない LINQ クエリの出力 7. このクエリの並列化は簡単です そのためには 静的 ParallelEnumerable クラスに含 まれる同等の LINQ メソッドを使用します また AsParallel() の呼び出しをクエリの データソースに追加することも必要です Main() メソッドを変更して PLINQAsParallel メソッドを呼び出します static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex4Task1_PLINQAsParallel(); Sub Main(ByVal args() As String) ' 呼び出すメソッド Ex4Task1_PLINQAsParallel()

39 8. Ex4Task1_PLINQAsParallel () メソッドを Program.cs () または Module1.vb () に追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task1_PLINQAsParallel CSharp) static void Ex4Task1_PLINQAsParallel() var q = ParallelEnumerable.Select( ParallelEnumerable.OrderBy( ParallelEnumerable.Where(employeeData.AsParallel(), x => x.employeeid % 2 == 0), x => x.employeeid), x => PayrollServices.GetEmployeeInfo(x)).ToList(); foreach (var e in q) Console.WriteLine(e); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task1_PLINQAsParallel VB) Private Sub Ex4Task1_PLINQAsParallel() Dim q = ParallelEnumerable.Select( ParallelEnumerable.OrderBy( ParallelEnumerable.Where( employeedata.asparallel(), Function(x) x.employeeid Mod 2 = 0), Function(x) x.employeeid), Function(x) PayrollServices.GetEmployeeInfo(x)) _.ToList() For Each e In q Console.WriteLine(e) Next e メモ : このタスクの前半では Enumerable 静的クラスで行われていた Select() メソッド OrderBy() メソッド および Where() メソッドの呼び出しが ParallelEnumerable クラスで実行されるようになりました また AsParallel() の呼び出しがデータソースに追加されました

40 9. ゕプリケーションをビルドして実行します 10. LINQ クエリでは 処理が特定の順序で実行されなくなります また この例では 並列処理されるクエリの実行時間は並列処理されない場合よりも短縮されます ( この場合はデュゕルコゕコンピューターで実行しているため 実行時間がおよそ半減しています 短縮される時間は このサンプルを実行するハードウェゕによって異なります ) 図 14 並列処理する LINQ クエリの出力 メモ : 並列に同時実行される操作の数は 使用可能な物理コゕ数に応じて増加しま す タスク 2 ParallelEnumerable クラスの拡張メソッドを使用して LINQ を並列化する 前述の Enumerable クラスと ParallelEnumerable クラスの静的 LINQ メソッドをより簡潔に使 用するには これらを拡張メソッドとして使用します 1. 並列処理しない LINQ クエリを 拡張メソッドを使用して PLINQ クエリに変換するの は簡単です 次の LINQ クエリに一致するように Main() メソッドの PLINQ クエリを 置き換えます static void Main(string[] args)

41 // 呼び出すメソッド Ex4Task2_Extensions(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex4Task2_Extensions() 2. Ex4Task2_Extensions () メソッドを Program.cs () または Module1.vb () に 追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task2_Extensions CSharp) private static void Ex4Task2_Extensions() var q = employeedata. Where(x => x.employeeid % 2 == 0).OrderBy(x => x.employeeid).select(x => PayrollServices.GetEmployeeInfo(x)).ToList(); foreach (var e in q) Console.WriteLine(e); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task2_Extensions VB) Private Sub Ex4Task2_Extensions() Dim q = employeedata _.Where(Function(x) x.employeeid Mod 2 = 0) _.OrderBy(Function(x) x.employeeid) _.Select(Function(x) PayrollServices.GetEmployeeInfo(x)) _.ToList() For Each e In q Console.WriteLine(e) Next e

42 メモ : ここでも ToList() を使用する目的は Select() メソッドから返される IEnumerable<T> がこの後の foreach ループで反復処理されるのを待たずに LINQ ク エリをすぐに実行することです これにより遅延実行を回避しています 3. ゕプリケーションをビルドして実行します 4. LINQ クエリで EmployeeID 順に処理が実行されます この処理の完了に要する合計 時間にも注目してください ( 実際の時間は状況によって異なります ) 図 15 拡張メソッドを使用した並列処理しない LINQ クエリの出力 5. この LINQ クエリを並列処理するには Main() メソッドから現在呼び出しているメソ ッドを AsParallel() メソッドに置き換えるだけです static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex4Task2_ConvertToParallelExtensions(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex4Task2_ConvertToParallelExtensions()

43 6. Ex4Task2_ConvertToParallelExtensions () メソッドを Program.cs () または Module1.vb () に追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task2_ConvertToParallelExtensions CSharp) private static void Ex4Task2_ConvertToParallelExtensions() var q = employeedata.asparallel().where(x => x.employeeid % 2 == 0).OrderBy(x => x.employeeid).select(x => PayrollServices.GetEmployeeInfo(x)).ToList(); foreach (var e in q) Console.WriteLine(e); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task2_ConvertToParallelExtensions VB) Private Sub Ex4Task2_ConvertToParallelExtensions() Dim q = employeedata.asparallel() _.Where(Function(x) x.employeeid Mod 2 = 0) _.OrderBy(Function(x) x.employeeid) _.Select(Function(x) PayrollServices.GetEmployeeInfo(x)) _.ToList() For Each e In q Console.WriteLine(e) Next e 7. ゕプリケーションをビルドして実行します 8. ParallelEnumerable 静的クラスに基づく LINQ クエリと同様に 拡張メソッドとして実装される PLINQ クエリでは 処理が EmployeeID の順に実行されなくなります 並列に同時実行される操作の数は 使用可能な物理コゕ数に応じて増加します また

44 タスク 1 の並列 LINQ の例と同様に 並列処理しないクエリと比べて 並列処理する クエリの実行時間はおよそ半減します 図 16 拡張メソッドを使用した並列処理する LINQ クエリの出力 タスク 3 AsParallel() をクエリの包含構文と併用する このタスクでは Parallel Extensions ラブラリと AsParallel() メソッドを使用して クエリの 包含構文を使用する並列 LINQ クエリを作成します 1. Main() メソッドの LINQ クエリを 次のクエリの包含構文に置き換えます static void Main(string[] args) // 呼び出すメソッド Ex4Task3_PLINQComprehensionSyntax(); Sub Main(ByVal args() As String) ' Methods to call Ex4Task3_PLINQComprehensionSyntax()

45 2. Ex4Task2_ConvertToParallelExtensions () メソッドを Program.cs () または Module1.vb () に追加します ( コードスニペット : Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task3_PLINQComprehensionSyntax CSharp) private static void Ex4Task3_PLINQComprehensionSyntax() var q = from e in employeedata.asparallel() where e.employeeid % 2 == 0 orderby e.employeeid select PayrollServices.GetEmployeeInfo(e); foreach (var e in q) Console.WriteLine(e); ( コードスニペット Intro to Parallel Extensions Lab - Ex4 Ex4Task3_PLINQComprehensionSyntax VB) Private Sub Ex4Task3_PLINQComprehensionSyntax() Dim q = From e In employeedata.asparallel() Where e.employeeid Mod 2 = 0 Order By e.employeeid Select PayrollServices.GetEmployeeInfo(e) For Each e In q Console.WriteLine(e) Next e 3. ゕプリケーションをビルドして実行します 4. LINQ 構文が変更されても ParallelEnumerable の拡張メソッドの場合と同じ並列手法 でデータが処理されることがわかります

46 図 17 クエリの包含構文を使用した並列処理する LINQ クエリの出力 次の手順 : まとめ まとめ このラボでは 簡単で制御しやすい方法で並列タスクを処理するのに役立つ機能について理解するために Parallel Extensions ラブラリを操作しました Parallel Task といった Parallel Extensions のクラスを使用して作業単位を管理する方法について学習しました Wait() WaitAll() IsComplete() ContinueWith() などの Parallel Extensions 機能を利用して処理の流れを制御しました また PLINQ を使用してクエリを並列処理する例についても学習しました このラボでは Parallel Extensions ラブラリを紹介し そのラブラリの効果とメリットについて概説しました 詳細については 以下の Web サトを参照してください MSDN の Parallel Extensions ブログ ( 英語 ): MSDN の並列コンピューテゖングフォーラム ( 英語 ):

47 Parallel Computing Developer Center ( 英語 ):