c# - C# 中带有共享变量的并行 For 循环

Question

我正在尝试使用并行处理来加速几个嵌套循环，但我在正确使用语法时遇到了问题。我正在尝试计算位图中有多少像素是红色、白色或黑色，我在其他地方的枚举中有这些值。

在串行处理中，我有以下代码，工作正常:

        Bitmap image = new Bitmap(@"Input.png");
        var colourCount = new int[3];

        for (var x = 0; x < image.Width; x++)
        {
            for (var y = 0; y < image.Height; y++)
            {
                switch (image.GetPixel(x, y).ToArgb())
                {
                    case (int)colours.red: colourCount[0]++; break;
                    case (int)colours.white: colourCount[1]++; break;
                    case (int)colours.black: colourCount[2]++; break;
                    default: throw new ArgumentOutOfRangeException(string.Format("Unexpected colour found: '{0}'", image.GetPixel(x, y).ToArgb()));
                }
            }
        }

我已经看到 Microsoft 和 Stackoverflow 的并行 for 循环代码更新共享变量，如下所示:

        Parallel.For<int>(0, result.Count, () => 0, (i, loop, subtotal) =>
        {
            subtotal += result[i];
            return subtotal;
        },
            (x) => Interlocked.Add(ref sum, x)
        );

但是所有示例都使用简单类型(例如 int)作为共享变量，我只是想不出写入我的大小为 3 的数组的语法。我处理这一切都错了吗？

顺便说一句，我知道 GetPixel 与 Bitmap.LockBits 之类的东西相比在性能方面非常慢，我只是想弄清楚并行循环的原理。

Answer 1

您可以使用 Parallel.For 的重载这允许您维护线程本地状态。在这种情况下，我们为生成的每个线程创建一个 int[3] 数组。在并行循环的每次迭代中，我们只更新local 数组，localColourCount。最后，当线程要退出时，我们将每个本地数组的结果聚合到全局数组中，colourCount；然而，由于这是一个共享数据结构，我们在访问它时强制执行互斥。

Bitmap image = new Bitmap(@"Input.png");
var colourCount = new int[3];

Parallel.For(0, image.Width,

    // localInit: The function delegate that returns the initial state
    //            of the local data for each task.
    () => new int[3],

    // body: The delegate that is invoked once per iteration.
    (int x, ParallelLoopState state, int[] localColourCount) =>
    {
        for (var y = 0; y < image.Height; y++)
        {
            switch (image.GetPixel(x, y).ToArgb())
            {
                case (int)colours.red: localColourCount[0]++; break;
                case (int)colours.white: localColourCount[1]++; break;
                case (int)colours.black: localColourCount[2]++; break;
                default: throw new ArgumentOutOfRangeException(
                             string.Format("Unexpected colour found: '{0}'", 
                             image.GetPixel(x, y).ToArgb()));
            }
        }
    },

    // localFinally: The delegate that performs a final action
    //               on the local state of each task.
    (int[] localColourCount) =>
    {
        // Accessing shared variable; synchronize access.
        lock (colourCount)
        {
            for (int i = 0; i < 3; ++i)
                colourCount[i] += localColourCount[i];
        }
    });

此代码假定 Bitmap.GetPixel 是线程安全的，情况可能是也可能不是。

您需要注意的另一件事是任何 ArgumentOutOfRangeException 实例都将合并为 AggregateException，因此您需要调整错误处理代码。