Parallel Extensions

Bei den Parallel Extensions (parallele Erweiterungen), auch bekannt als Parallel Framework Extensions (PFX), handelt es sich um eine Bibliothek zur Unterstützung der parallelen Programmierung bei Verwendung des Managed Code des Microsoft .NET-Frameworks. Die Parallel Extensions bestehen grundsätzlich aus zwei Teilen: Parallel LINQ (PLINQ) und der Task Parallel Library (TPL).^[1][2] Die Bibliothek verfügt über verschiedene Datentypen (referenzierte Objekte) und Funktionen zur Verwaltung und Steuerung von parallelen Prozessen während der Laufzeit.^[3] Die Bibliothek erschien erstmals (als CTP) am 29. November 2007^[4] und wurde im Dezember 2007 sowie im Juni 2008 aktualisiert.^[3] Seit der Version 4.0 des .NET-Frameworks sind die Parallel Extensions fester Bestandteil des Frameworks und können in allen .NET-Sprachen verwendet werden.^[5]

Parallel LINQ (PLINQ) bietet die Möglichkeit, LINQ-Abfragen parallel auszuführen, sofern es gegenüber einer sequentiellen Abfrage einen Zeitvorteil (SpeedUp) schaffen kann. Dabei werden entweder mehrere LINQ-Abfragen parallel aufgerufen oder die Datenmenge selbst parallel zusammengetragen. Das Ziel von PLINQ dabei ist, die Rechenzeit für die Abfragen zu minimieren. In der Regel funktioniert die Parallelisierung mit allen Abfragearten. PLINQ kann über das Interface IParallelEnumerable verwendet werden. Intern verwendet PLINQ die TPL für die Parallelisierung.^[3][6]

Die Task Parallel Library (TPL) ist die Kernkomponente für die Parallelisierung innerhalb des .NET-Frameworks.^[7] Sie ermöglicht es außerdem, bestimmte Bereiche als Task oder Future zu maskieren. Ein Task ist ein Abschnitt, der unabhängig (und somit parallel) vom Rest des Programms ausgeführt werden kann. Die TPL erstellt für dieses einen eigenen Thread, welcher jedoch von der TPL selbst verwaltet wird und somit keinen unnötigen Overhead (wie er sonst benötigt wird) erzeugt. Der Entwickler selbst muss sich weder um die Verwaltung der einzelnen Threads noch um die Anzahl der Prozessorkerne kümmern, da dies vollständig von der TPL verwaltet wird.^[2]

Die TPL erkennt mögliche parallel auszuführende Aufgaben (Tasks) mittels bestimmter Code-Abschnitte (z. B. Schleifen wie For oder ForEach). Die TPL kann des Weiteren für andere Tasks erzwungen werden.

Als Future wird ein Task bezeichnet, der ein Ergebnis zurückliefert, welches in einem parallelen Prozess berechnet wurde. Das Ergebnis wird dann bei Fertigstellung vorgehalten, bis es abgerufen wird.^[2] Sollte das Ergebnis vor Fertigstellung abgefragt werden, wird der anfragende Thread angehalten, bis das Ergebnis berechnet wurde.^[7]

Die TPL kann über die Parallel-Klasse verwendet werden. Diese Klasse stellt drei statische Methoden zur Verfügung:

Parallel.Invoke

Führt (parallel) ein Array von Delegaten aus und wartet, bis sie berechnet wurden.

Parallel.For

Entspricht der for-Schleife in C#, jedoch mit paralleler Ausführung.

Parallel.ForEach

Entspricht der foreach-Schleife in C#, jedoch mit paralleler Ausführung.

Dataflow^[8][9] ist eine .NET-Bibliothek auf Basis von TPL mit vordefinierten Blöcken für die datenstromorientierte Programmierung.

Das Konzept der Parallel Extensions in .NET basiert darauf, bestimmte Code-Abschnitte in einen Task einzuteilen. Diese Task repräsentiert eine von anderen Teilen des Programms möglichst unabhängige Aufgabe. Sowohl PLINQ als auch die TPL API stellen Methoden zur Verfügung um entsprechende Tasks zu definieren. PLINQ erstellt automatisiert Tasks aus den Abfragen, während die TPL aus den o. g. Schleifen Tasks generiert.

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1. ↑ Programming in the Age of Concurrency: Concurrent Programming with PFX. Abgerufen am 16. Oktober 2007. 
2. ↑ ^{a b c} MSDN Magazine: Task Parallel Library. Archiviert vom Original (nicht mehr online verfügbar) am 20. Oktober 2007; abgerufen am 16. Oktober 2007. 
3. ↑ ^{a b c} June 2008 CTP - Parallel Extensions to the .NET FX. Abgerufen am 6. August 2008. 
4. ↑ Parallel Extensions to the .NET FX CTP. Abgerufen am 30. November 2007. 
5. ↑ Parallel Programming and the .NET Framework 4.0. Abgerufen am 25. Januar 2009. 
6. ↑ More powerful aggregations in PLINQ. Abgerufen am 6. August 2008. 
7. ↑ ^{a b} Joe Duffy: Concurrent Programming on Windows. 2009, ISBN 978-0-321-43482-1, S. 887–929. 
8. ↑ Dataflow (Task Parallel Library). In: MSDN. Microsoft, abgerufen am 1. Juni 2014 (englisch). 
9. ↑ Introduction to TPL Dataflow. (Microsoft-Word-Dokument) Microsoft, abgerufen am 1. Juni 2014 (englisch).