接著我們來(lái)說(shuō)一個(gè)多線程解決的一種大的類型的算法模型：并行迭代（Parallel Iteration）。

并行在英語(yǔ)里用的是 parallel 一詞。這個(gè)詞語(yǔ)其實(shí)你在數(shù)學(xué)上就學(xué)過(guò)，它其實(shí)是“平行的”的意思，比如表示兩條直線平行之類的。在多線程里，因?yàn)槎鄠€(gè)線程在宏觀上是一起在執(zhí)行的，而且誰(shuí)也不干涉誰(shuí)，因此我們可以認(rèn)為是一種“平行的”狀態(tài)，因此，在多線程里我們也稱這種現(xiàn)象叫并行。只是在中文里我們沒(méi)有翻譯成“平行迭代”，但意思上是一致的。

Part 1 引例：用 for 循環(huán)計(jì)算圓周率值

為了能夠更加詳細(xì)讓大家了解多線程處理這種情況的情景，我們給大家介紹一個(gè)例子讓大家明白，什么是并行迭代。

如果我現(xiàn)在想要計(jì)算圓周率的數(shù)值的話，顯然我們使用普通的 for 循環(huán)或者別的循環(huán)類型，應(yīng)該可以做到（當(dāng)然這需要一點(diǎn)數(shù)學(xué)知識(shí)）。當(dāng)然，我這里我不是給大家介紹數(shù)學(xué)知識(shí)的，所以現(xiàn)在我們要使用多線程來(lái)完成這個(gè)任務(wù)，此時(shí)我只給大家展示多線程語(yǔ)法這一塊的部分的內(nèi)容。

先來(lái)看一個(gè)寫(xiě)法。我這里給的一個(gè)叫 PiCalculator.Calculator 的方法就是一個(gè)專門(mén)計(jì)算求圓周率數(shù)值的方法。

我們運(yùn)行起來(lái)。我們?cè)诘却欢螘r(shí)間后，得到了正確的結(jié)果：

程序沒(méi)有問(wèn)題，并且計(jì)算出了正確的圓周率數(shù)值，只是慢了一點(diǎn)。

emmm……我想凡爾賽一波……我小時(shí)候背過(guò)圓周率，所以我至少知道前面 100 位是不是對(duì)的。所以不用查表我就知道這些到底對(duì)不對(duì)（斜眼笑）

這里我要告訴大家的是，這里我使用的圓周率計(jì)算算法是分塊計(jì)算算法。換句話說(shuō)，這個(gè)算法允許我們把我們計(jì)算的總長(zhǎng)度拆成一塊一塊的，然后每一個(gè)部分都各自分開(kāi)計(jì)算，并且它們?cè)谟?jì)算中互相都不受影響。這個(gè)數(shù)學(xué)算法實(shí)際上是存在的，你可以自己去查閱一下這個(gè)相關(guān)的數(shù)學(xué)資料來(lái)了解這種互不影響的分塊求圓周率算法。

可以從代碼上看到，我給出的常量 TotalDigits 就是計(jì)算圓周率的總位數(shù)（給的是 100），而 BatchSize 給的是每一個(gè)分塊算法的塊是計(jì)算多少個(gè)位數(shù)（給的是 10）。也就是說(shuō)，我這個(gè)算法 for 循環(huán)要執(zhí)行循環(huán) 10 次，是這樣的邏輯關(guān)系。順帶一說(shuō)，每一次 += 運(yùn)算符的右側(cè)計(jì)算出來(lái)的結(jié)果都是一個(gè) string 的實(shí)例，我們用它表示出的是當(dāng)前數(shù)據(jù)段（多少小數(shù)位到多少小數(shù)位）的結(jié)果。

不過(guò)，因?yàn)槲沂褂玫氖?for 循環(huán)，因此我必須要等到第一個(gè)部分算完后，才能進(jìn)入下一個(gè)部分的計(jì)算。這樣就比較慢，因?yàn)槲颐黠@知道的是，數(shù)學(xué)知識(shí)告訴我們圓周率是可以拆分計(jì)算還是互不影響的。因此我可以考慮讓每一個(gè)部分都獨(dú)立開(kāi)來(lái)，反正這個(gè)算法也互不影響。我干脆就開(kāi)線程讓每個(gè)部分全部都獨(dú)立開(kāi)線程跑起來(lái)，這樣就可以大大縮短計(jì)算時(shí)間，10 倍的計(jì)算時(shí)間可以通過(guò)多線程技術(shù)縮減成只需要 1 倍的時(shí)間。

不過(guò)問(wèn)題在于，我們?nèi)绾蝿?chuàng)建線程來(lái)完成這個(gè)任務(wù)呢？最容易想到的辦法就是通過(guò)開(kāi) 10 個(gè)線程來(lái)完成任務(wù)。不過(guò)有點(diǎn)麻煩，于是我們考慮使用線程池來(lái)完成。

Part 2 使用線程池完成并行迭代

我們大體思路規(guī)劃好了，現(xiàn)在是改代碼的時(shí)候了！

2-1 改寫(xiě) pi += ... 部分

我們第一個(gè)要注意的點(diǎn)是，我們?cè)谑褂枚嗑€程的時(shí)候我們并不能保證計(jì)算的順序性。因?yàn)槲覀冎熬驼f(shuō)過(guò)，多線程會(huì)丟失數(shù)據(jù)的順序計(jì)算的性質(zhì)，使得得到的結(jié)果不可再現(xiàn)。

那么，解決這個(gè)的辦法就是預(yù)先制造一個(gè)“池子”存儲(chǔ)結(jié)果。等待結(jié)果計(jì)算完成后我們就可以輸出它們了。這個(gè)所謂的“池子”就是一個(gè)數(shù)組就行。

我們加上 string[] piSeries 的數(shù)組定義語(yǔ)句：

這個(gè)很好理解。因?yàn)槲覀冎苯佣x piSeries 是一個(gè)數(shù)組，每一個(gè)元素都是一個(gè) string，因?yàn)橹熬驼f(shuō)過(guò)計(jì)算結(jié)果是一個(gè)個(gè)的 string 字符串，然后拼接起來(lái)的。我們這次干脆就預(yù)先創(chuàng)建出來(lái)一個(gè)多線程用的 piSeries 數(shù)組，存儲(chǔ)這些結(jié)果。當(dāng)然，初始的時(shí)候可以直接 new 出來(lái)不賦值，因?yàn)橐膊恍枰o出每一個(gè)元素的初始數(shù)值。

接著，我們改寫(xiě) for 循環(huán)的循環(huán)體里面的 += 這個(gè)運(yùn)算表達(dá)式。因?yàn)檫@次我們用數(shù)組了，所以我們不用拼接字符串的行為，而是把計(jì)算結(jié)果嘗試賦值到數(shù)組里去。于是代碼就會(huì)改成這樣：

這也很好理解，對(duì)吧。那么這樣就完成了第一步改寫(xiě)。

2-2 將循環(huán)的這段代碼改成線程池調(diào)用

顯然現(xiàn)在還不是多線程的機(jī)制。所以我們還需要使用線程池的基本手段：調(diào)用 QueueUserWorkItem 方法。

然后，這個(gè)傳入的委托類型里面的方法名是 F。我們接下來(lái)就應(yīng)該是把剛才的 piSeries 計(jì)算賦值語(yǔ)句抄寫(xiě)到 F 方法里。下面創(chuàng)建 F 方法。

抄寫(xiě)完成。

2-3 利用 state 參數(shù)交互 piSeries 和 i 的值

不過(guò)問(wèn)題來(lái)了?，F(xiàn)在 piSeries 和 i 在循環(huán)里是不存在的內(nèi)容。

可以發(fā)現(xiàn)有這樣的問(wèn)題。這怎么辦呢？我們當(dāng)然是考慮使用這個(gè) state 參數(shù)了。因?yàn)槲覀冎熬驼f(shuō)過(guò)，state 參數(shù)可以交互從外部傳入的變量、表達(dá)式等等數(shù)據(jù)信息。可問(wèn)題是，我現(xiàn)在有兩個(gè)參數(shù)，這怎么辦呢？

不知道你想到了嗎？我們知道一點(diǎn)，state 為了兼容很多賦值情況，所以使用了 object 類型，這個(gè)所有類型的基類型。那么除了我們自定義的類、結(jié)構(gòu)、接口等數(shù)據(jù)類型外，是不是還存在一種可以存儲(chǔ)多個(gè)數(shù)值的情況？是的，數(shù)組。

我們將兩個(gè)數(shù)據(jù) piSeries 和 i 按照一個(gè)數(shù)組形式傳入進(jìn)去。

這個(gè)寫(xiě)在哪里呢？寫(xiě)在應(yīng)該傳入的這個(gè) state 參數(shù)的位置上。是的，QueueUserWorkItem 的第二個(gè)參數(shù)上。

這樣就可以了。

這里稍微啰嗦一點(diǎn)?？赡苣銜?huì)非常不習(xí)慣 new object[] { piSeries, i } 的表達(dá)式的內(nèi)容。你可能會(huì)覺(jué)得，我一個(gè) piSeries 和一個(gè) i 兩個(gè)連數(shù)據(jù)類型都不同的變量居然可以當(dāng)成元素賦值給 new object[] 這樣的數(shù)組初始化器里。實(shí)際上這樣做是有道理的，而且語(yǔ)法上也行得通。因?yàn)樗蓄愋停ǔ酥羔槪┒际?object 類型的子類型，因此 int 難道就不是 object 的子類型了嗎？string[] 就不是 object 的子類型了嗎？string[] 的基類型是 Array，但 Array 的基類型還是 object 的啊，可別忘了這一點(diǎn)。

正是因?yàn)檫@樣的兼容，所以所有類型往“模糊類型”上轉(zhuǎn)換的話都是隱式轉(zhuǎn)換，所以這里我們的嚴(yán)謹(jǐn)語(yǔ)法應(yīng)該是 new object[] { (object)i, (object)(Array)piSeries } 的。不過(guò)，由于轉(zhuǎn)型是正常的（換句話說(shuō)，這種轉(zhuǎn)換是廢話，因?yàn)槲覀儚倪壿嬀湍苊靼走@樣是正確的轉(zhuǎn)換，所以編譯器難道就不知道了嗎），因此 C# 知道我們這么轉(zhuǎn)型是正確的，所以不用寫(xiě)出來(lái)這些強(qiáng)制轉(zhuǎn)換的符號(hào)。

從另外一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，因?yàn)?int 和 string[] 都能兼容的數(shù)據(jù)類型只能是 object[] 了， 因此我們這里必須構(gòu)造的是 new object[] { ... }；另外，希望你一定不要把這個(gè)賦值過(guò)程和之前簡(jiǎn)單說(shuō)過(guò)的數(shù)組協(xié)變的概念搞混淆。這個(gè)不是數(shù)組協(xié)變。

接著，我們需要改寫(xiě) F 方法里的代碼。這個(gè)代碼怎么改寫(xiě)呢？我們完全可以認(rèn)為，F 方法的參數(shù) state 就是我們這里的 new object[] { piSeries, i } 的數(shù)值構(gòu)成的數(shù)組了，但是，我們?yōu)榱藭?shū)寫(xiě)的語(yǔ)法嚴(yán)謹(jǐn)一些，我們還是寫(xiě)上一些 is 的類型判斷吧。

首先看 state 是不是 object[]。如果不是的話退出方法，否則強(qiáng)制轉(zhuǎn)換成 object[] 后繼續(xù)判斷。接著我們來(lái)看里面的兩個(gè)元素是不是第一個(gè)一定是 string[] 而第二個(gè)一定是 int 對(duì)象。因?yàn)槲覀冏铋_(kāi)始傳參的時(shí)候是第一個(gè) piSeries（string[] 類型的）第二個(gè)是 i（int 類型的），所以順序和數(shù)組長(zhǎng)度都需要判斷一下。

判斷完成后，我們強(qiáng)制轉(zhuǎn)換過(guò)去，然后開(kāi)始接收數(shù)值。最后那一句話就是我們最開(kāi)始的那個(gè)賦值語(yǔ)句。至此我們基本上就完成了代碼的修改。

2-4 輸出結(jié)果信息

是的，我們現(xiàn)在最后來(lái)把結(jié)果給輸出顯示一下。不過(guò)有一個(gè)小問(wèn)題是，我現(xiàn)在是多線程計(jì)算的，所以每一個(gè)數(shù)值不知道啥時(shí)候計(jì)算完成，我至少得等著所有的結(jié)果都計(jì)算完畢后才可顯示它們（也就是最后才對(duì) piSeries 數(shù)組作拼接，然后輸出結(jié)果）。可我把握不了這個(gè)度啊，我不知道什么時(shí)候這 10 段小數(shù)位才都能成功全部計(jì)算完成。

目前我們的辦法可以用 Thread.Sleep 方法來(lái)卡住主線程，然后等待一段時(shí)間后，我們就可以大概認(rèn)為都計(jì)算完成了，接著才把輸出語(yǔ)句寫(xiě)出來(lái)。這一點(diǎn)和上一節(jié)的 Thread.Sleep 用法是一致的。這里我們大概估計(jì)一下，大概 1 秒就可以完成任務(wù)，因此我們直接書(shū)寫(xiě)一句 Thread.Sleep(1000)，然后才是顯示字符串結(jié)果。

注意此時(shí)必須是先 Thread.Sleep，等待完成后才是輸出。不要寫(xiě)反了。原因不用我再說(shuō)了吧。

我們來(lái)看一下整個(gè)程序的完整代碼。

我們運(yùn)行一下程序。

可以看到結(jié)果仍然是正確的。那么至此我們就完成了整個(gè)并行迭代的代碼的書(shū)寫(xiě)。

哦對(duì)。代碼缺少了 PiCalculator 的部分。如果你確實(shí)需要圓周率計(jì)算的代碼，可以查看這個(gè)鏈接拷貝賦值代碼。

Part 3 稍微總結(jié)一下

本節(jié)內(nèi)容給大家介紹了如何使用并行迭代的代碼。其實(shí)，C# 在有了泛型之后，就開(kāi)始各種花里胡哨的 API 了，所以類似上面的這些功能，可能一句代碼就可以搞定了。不過(guò)因?yàn)檎Z(yǔ)法的順序性，因?yàn)闆](méi)有講泛型，所以還講不了那個(gè)內(nèi)容。不過(guò)我們直接憑空實(shí)現(xiàn)了自己的并行迭代的功能，也是相當(dāng)了不起呢。

一句話總結(jié)：并行迭代基本上等價(jià)于 for 或者 foreach 循環(huán)里套上多線程語(yǔ)句的調(diào)用。只不過(guò)，我在這里沒(méi)有介紹 foreach 的情況，因?yàn)椤瓕?shí)在是不知道什么例子比較合適；而且就算是找到例子了，實(shí)現(xiàn)手段、方式基本上和 for 循環(huán)的類型是一樣的，可能差別就只是換一個(gè)關(guān)鍵字（從 for 改成 foreach 這樣），所以我也沒(méi)有必要單獨(dú)講一下這個(gè)。

不過(guò)，并行迭代也不一定只是使用一個(gè)單純的 for 循環(huán)而已，它可能會(huì)嵌套 for 循環(huán)之類的，比如兩層甚至更多層的循環(huán)。這里只是給大家介紹一下如何書(shū)寫(xiě)并行迭代的代碼，所以沒(méi)有考慮使用復(fù)雜的例子。

下一節(jié)內(nèi)容我們將開(kāi)始探討線程的同步問(wèn)題。線程同步難度可能比多線程本身還要大，所以要打起精神來(lái)，這是我們目前語(yǔ)法板塊的最后一個(gè)部分了。在完成多線程的講解之后，我們將開(kāi)始 C# 新語(yǔ)法的板塊，從 C# 2 到目前 C# 的版本，所有語(yǔ)法都會(huì)給大家介紹。