PLINQ 入門：平行 LINQ 查詢與資料並行處理模型詳解

前言

Parallel Extensions 的核心組件之一 PLINQ（Parallel LINQ）定位為 Task Parallel Library (TPL) 的高階應用。早期版本基於 ThreadPool 實作，未來正式版將遷移至 TPL API，但對外介面變動不大。

如何使用 PLINQ

1. 參考 System.Threading.dll
2. 呼叫 System.Linq.ParallelQuery.AsParallel 擴充方法，將資料源包裝為 IParallelEnumerable

宣告式資料並行

AsParallel 讓編譯器改用 System.Linq.ParallelEnumerable 的查詢運算子，而非 Enumerable。IParallelEnumerable 繼承 IEnumerable，保留 LINQ 的延遲執行特性。

public static IParallelEnumerable AsParallel(IEnumerable source)

查詢表達式轉換範例

// LINQ
string[] words = new[] { "Welcome", "to", "Beijing" };
(from word in words select Process(word)).ToArray();

// PLINQ
string[] words = new[] { "Welcome", "to", "Beijing" };
(from word in words.AsParallel() select Process(word)).ToArray();

方法呼叫式轉換

// LINQ
var q = Enumerable.Select(Enumerable.OrderBy(
    Enumerable.Where(data, x => p(x)), x => k(x)), x => f(x));

// PLINQ
var q = ParallelEnumerable.Select(ParallelEnumerable.OrderBy(
    ParallelEnumerable.Where(data.AsParallel(), x => p(x)), x => k(x)), x => f(x));

二元運算子（如 Join）以最左側資料源決定是否並行，只需在第一個源呼叫 AsParallel。

PLINQ 查詢處理模型

1. 管道式

查詢執行緒與枚舉執行緒分離，產生結果即輸出，不等全部完成。預設模型，優點：記憶體占用低；缺點：同步開銷較大。

2. 停駐式

枚舉執行緒等待所有查詢完成後一次輸出。ToArray、ToList、排序、聚合操作會自動切換此模型。同步開銷較小，效率稍高。可透過 GetEnumerator(false) 強制使用。

3. 反轉枚舉

提供 Lambda 表達式，每個元素並行執行一次。效率最高，但 Lambda 內不可使用共享狀態，需用 ForAll API：

string[] words = new[] { "Welcome", "to", "Beijing", "OK", "Hua", "Ying", "Ni", "2008" };
var lazyBeeQuery = from word in words.AsParallel() select word;
lazyBeeQuery.ForAll<string>(word => { Console.WriteLine(word); });

輸出順序不固定，視核心數而定。

平行度控制

AsParallel(source, degreeOfParallelism) 可指定查詢執行緒數。若管道式模型需專門執行緒枚舉，可設為 Environment.ProcessorCount - 1。

輸出順序保留

並行導致順序可能改變。使用 AsParallel(ParallelQueryOptions.PreserveOrdering) 可保持原序，但會增加排序開銷，影響擴展性。注意：PreserveOrdering 對 ForAll 無效。

並發異常處理

PLINQ 會嘗試終止所有執行緒，並將所有例外彙總至 AggregateException，透過 InnerExceptions 取得唯讀集合。