【C#】Parallelクラスで並列処理する方法

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この記事では C# で並列処理する方法について記載しています。

C# には並列処理を簡単に実装できるParallelクラス（.NET Framework4.0から導入）が用意されています。

このクラスを活用することで、ループ処理やメソッドの並列実行が可能になり、マルチコアCPUの性能を最大限に活かせます。

本記事では、Parallelクラスの基本的な使い方をサンプルコードを交えながら紹介していますので、ぜひ参考にしてみてください。

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記事の内容

Parallelクラスとは？

Parallelクラスは、.NETのSystem.Threading.Tasks名前空間に属しており、コレクションやデータソースのループ処理を並列に実行する機能を提供します。

ループ内部の処理は順番に実行する代わりに、１つ１つのループを同時に実行することを可能にするため、全体の実行時間を減らすことがでパフォーマンスを向上させることができます。

並列処理を実行するためのメソッドとして、以下があります。

Parallel.For メソッド
Parallel.ForEach メソッド

また、ループではない複数の処理を並列に実行するには、Invokeメソッドを使います。

Parallel.Invoke メソッド

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Parallelクラスの使い方

ParallelクラスのForメソッド、ForEachメソッドおよびInvokeメソッドについて、それぞれ使い方を説明します。

Parallel.Forメソッド

Parallel.Forを使うと、指定した範囲のループを並列で実行できます。

使い方としては以下の感じです。

// Forメソッド
Parallel.For(開始インデックス, 終了インデックス, インデックス => 
{
    // ループ内の処理
});

このメソッドを使って、”あいうえお”が1文字ずつが格納されたリストをデバッグ出力するサンプルが以下のコードです。

// リスト
List<string> list = new List<string>()
{
    "あ", "い", "う", "え", "お"
};

// 並列処理を実行する
Parallel.For(0, list.Count, i =>
{
    Debug.WriteLine(list[i]);
});

実行結果は以下の通りです。

え
お
う
あ
い

このように指定した数だけループを並列で実行します。並列で実行するため、出力される文字は”あ”→”い”→”う”→”え”→”お”の順に出力されず、実行毎に結果が毎回変わります。

Parallel.ForEachメソッド

Parallel.ForEachを使うと、コレクションの要素毎の処理を並列で実行できます。

使い方としては以下の感じようなです。

// ForEachメソッド
Parallel.ForEach(コレクション, 要素 => 
{
    // ループ内の処理
});

このメソッドを使って、”あいうえお”が1文字ずつが格納されたリストをデバッグ出力するサンプルが以下のコードです。

// リスト
List<string> list = new List<string>()
{
    "あ", "い", "う", "え", "お"
};

// 並列処理を実行する
Parallel.ForEach(list, str =>
{
    Debug.WriteLine(str);
});

実行結果は以下の通りです。

あ
う
お
え
い

Forメソッドとは異なり、コレクション内の全ての要素を並列で処理を実行します。配列やリスト、IEnumerable<T>などに対して扱うことができます。

Parallel.Invokeメソッド

Parallel.Invokeを使うと、複数のメソッドを並列に実行できます。

使い方としては以下の感じようなです。

// Invokeメソッド
Parallel.Invoke(
    () => 処理A,
    () => 処理B,
    () => 処理C
);

このメソッドを使って、”あいうえお”が1文字ずつが格納されたリストをデバッグ出力するサンプルが以下のコードです。

// リスト
List<string> list = new List<string>()
{
    "あ", "い", "う", "え", "お"
};

// 並列処理を実行する
Parallel.Invoke(
    () => Debug.WriteLine(list[0]),
    () => Debug.WriteLine(list[1]),
    () => Debug.WriteLine(list[2]),
    () => Debug.WriteLine(list[3]),
    () => Debug.WriteLine(list[4])
);

実行結果は以下の通りです。

う
あ
え
い
お

各メソッドが並列に処理が実行されます。ForメソッドとForEachメソッドと同じように出力される結果はバラバラです。

Parallelクラスを使う際の注意点

Parallelクラスを使うにあたって、いくつかの注意点があります。

並列する処理は独立している必要がある。
並列する処理は制限する必要がある。

複数の処理の間に依存関係がある場合、処理は独立していないことになり、並列化できません。

また、一度に並列で処理する数が多すぎるとオーバーヘッドが発生する可能性があり、ParallelOptionsを使用し、最大並列数を制限することが推奨されます。

// リスト
List<string> list = new List<string>()
{
    "あ", "い", "う", "え", "お"
};

// 並列処理オプションの設定
var option = new ParallelOptions();
option.MaxDegreeOfParallelism = 4;

// 並列処理を実行する
// 並列処理を実行する
Parallel.ForEach(list, option, str =>
{
    Debug.WriteLine(str);
});