System.Threading.Tasks.Parallel 클래스
System.Threading.Tasks.Parallel 클래스는 C#에서 병렬 프로그래밍을 쉽게 구현할 수 있도록 도와주는 클래스이다.
마치 여러 명의 일꾼이 함께 일하는 것처럼, Parallel 클래스는 작업을 여러 개의 작은 작업으로 나누어 여러 스레드에서 동시에 실행할 수 있도록 한다. Parallel 클래스를 이용해서 병렬로 어떤 메서드를 호출하는 것이다. 이를 통해 작업 속도를 높이고 프로그램 성능을 향상시킬 수 있다.
Parallel 클래스는 System.Threading.Tasks 네임스페이스에 포함되어 있으며, 다음과 같은 주요 메서드를 제공한다.
Parallel.For():for루프를 병렬로 실행한다.Parallel.ForEach():foreach루프를 병렬로 실행한다.Parallel.Invoke(): 여러 개의 메서드를 병렬로 실행한다.
Parallel.For()
Parallel.For() 메서드는 for 루프를 병렬로 실행한다. 즉, 반복 횟수만큼 작업을 여러 스레드에서 동시에 실행할 수 있다.
using System;
using System.Threading.Tasks;
Parallel.For(0, 10, i =>
{
Console.WriteLine($"현재 스레드 ID: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, i: {i}");
// i 값을 사용하여 작업 수행
});이 코드는 0부터 9까지의 숫자를 사용하여 작업을 수행하는데, Parallel.For() 메서드를 사용하여 각 숫자에 대한 작업을 병렬로 실행한다. i는 반복 변수이고, 람다 식 => 이후의 코드 블록은 각 반복에서 실행될 작업을 정의한다.
void SomeMethod(int i)
{
console.WriteLine(i);
}
// ...
Parallel.For(0, 100, SomeMethod);이 코드에서 Parallel.For() 메서드는 SomeMethod() 메서드를 병렬로 호출하면서 0부터 100 사이의 정수를 메서드의 인수로 넘긴다.
SomeMethod() 메서드를 병렬로 호출할 때 몇 개의 스레드를 사용할 지는 Parallel 클래스가 내부적으로 판단하여 최적화하므로, Parallel 클래스를 편하게 사용할 수 있는 것이다.
Parallel.ForEach()
Parallel.ForEach() 메서드는 foreach 루프를 병렬로 실행한다. 즉, 컬렉션의 각 요소에 대한 작업을 여러 스레드에서 동시에 실행할 수 있다.
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;
List<int> numbers = new List<int>() { 1, 2, 3, 4, 5 };
Parallel.ForEach(numbers, number =>
{
Console.WriteLine($"현재 스레드 ID: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}, number: {number}");
// number 값을 사용하여 작업 수행
});이 코드는 numbers 리스트의 각 요소를 사용하여 작업을 수행하는데, Parallel.ForEach() 메서드를 사용하여 각 요소에 대한 작업을 병렬로 실행한다. number는 현재 요소를 나타내고, 람다 식 => 이후의 코드 블록은 각 요소에 대해 실행될 작업을 정의한다.
Parallel.Invoke()
Parallel.Invoke() 메서드는 여러 개의 메서드를 병렬로 실행한다. 즉, 여러 개의 작업을 동시에 실행할 수 있다.
using System;
using System.Threading.Tasks;
Parallel.Invoke(
() => { Console.WriteLine($"첫 번째 작업, 스레드 ID: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); },
() => { Console.WriteLine($"두 번째 작업, 스레드 ID: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); },
() => { Console.WriteLine($"세 번째 작업, 스레드 ID: {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}"); }
);이 코드는 세 개의 람다 식을 Parallel.Invoke() 메서드에 전달하여 세 개의 작업을 병렬로 실행한다. 각 람다 식은 하나의 작업을 정의한다.
Parallel 클래스를 사용할 때 주의 사항
- 공유 자원 접근: 여러 스레드가 동시에 같은 자원에 접근하면 데이터 경쟁이 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해
lock키워드 등을 사용하여 동기화해야 한다. - 작업 순서:
Parallel클래스는 작업의 실행 순서를 보장하지 않는다. 따라서 작업 순서가 중요한 경우에는Parallel클래스를 사용하지 않는 것이 좋다. - 오버헤드: 스레드를 생성하고 관리하는 데에는 오버헤드가 발생한다. 따라서 작업의 크기가 작은 경우에는
Parallel클래스를 사용하는 것이 오히려 성능을 저하시킬 수 있다.
Parallel 클래스는 C#에서 병렬 프로그래밍을 구현하는 데 유용한 도구이지만, 위와 같은 주의 사항을 염두에 두고 사용해야 한다.
예제 코드
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;
namespace ParallelLoop
{
class MainApp
{
static bool IsPrime(long number) // 주어진 수가 소수인지 판별하는 메서드이다.
{
if (number < 2) // 2보다 작으면 소수가 아니다.
return false;
if (number % 2 == 0 && number != 2) // 2를 제외한 짝수는 소수가 아니다.
return false;
for (long i = 2; i < number; i++) // 2부터 number - 1까지의 수로 나누어 떨어지는지 확인한다.
{
if (number % i == 0) // 나누어 떨어지면 소수가 아니다.
return false;
}
return true; // 위 조건을 모두 만족하면 소수이다.
}
static void Main(string[] args)
{
long from = Convert.ToInt64(args[0]); // 명령줄 인수의 첫 번째 값을 long 타입으로 변환하여 from에 저장한다.
long to = Convert.ToInt64(args[1]); // 명령줄 인수의 두 번째 값을 long 타입으로 변환하여 to에 저장한다.
Console.WriteLine("Please press enter to start..."); // "Please press enter to start..." 메시지를 출력한다.
Console.ReadLine(); // 사용자 입력을 기다린다.
Console.WriteLine("Started..."); // "Started..." 메시지를 출력한다.
DateTime startTime = DateTime.Now; // 현재 시간을 startTime에 저장한다.
List<long> total = new List<long>(); // 찾은 소수를 저장할 List<long> 객체를 생성한다.
Parallel.For(from, to, (long i) => // from부터 to - 1까지의 숫자에 대해 병렬로 반복 작업을 수행한다.
{
if (IsPrime(i)) // i가 소수이면
lock (total) // total 객체에 락을 걸어 동기화한다.
total.Add(i); // total 리스트에 i를 추가한다.
});
DateTime endTime = DateTime.Now; // 현재 시간을 endTime에 저장한다.
TimeSpan ellapsed = endTime - startTime; // startTime과 endTime의 차이를 계산하여 ellapsed에 저장한다.
// from부터 to까지의 소수 개수와 경과 시간을 출력한다.
Console.WriteLine("Prime number count between {0} and {1} : {2}", from, to, total.Count);
Console.WriteLine("Ellapsed time : {0}", ellapsed);
}
}
}코드 설명
이 C# 코드는 지정된 범위 내에서 소수(prime number)를 찾는 프로그램이다. Parallel.For 메서드를 사용하여 작업을 병렬로 처리하고, 각 스레드에서 찾은 소수를 total 리스트에 저장한다.
IsPrime(long number)메서드: 입력으로 받은number가 소수인지 판별하여bool값을 반환한다.Main메서드:- 명령줄 인수에서 소수를 찾을 범위(
from,to)를 가져온다. Parallel.For메서드를 사용하여from부터to - 1까지의 숫자에 대해 병렬로 반복 작업을 수행한다.- 각 반복에서
IsPrime()메서드를 호출하여 현재 숫자가 소수인지 판별한다. - 만약 소수이면,
lock (total)문을 사용하여total리스트에 숫자를 추가한다.lock문은 여러 스레드가 동시에total리스트에 접근하여 데이터 경쟁이 발생하는 것을 방지한다. - 모든 반복 작업이 완료되면,
from부터to까지의 소수 개수와 경과 시간을 출력한다.
- 명령줄 인수에서 소수를 찾을 범위(
Parallel.For 메서드
Parallel.For메서드는 지정된 범위의 숫자에 대해 반복 작업을 병렬로 수행한다.- 이 메서드는 여러 개의 스레드를 사용하여 반복 작업을 병렬로 처리하므로, 실행 시간을 단축할 수 있다.
Parallel.For메서드는System.Threading.Tasks네임스페이스에 정의되어 있다.
주의 사항
Parallel.For메서드를 사용할 때는 데이터 경쟁이 발생하지 않도록 주의해야 한다.lock문을 사용하여 공유 자원에 대한 접근을 동기화할 수 있다.
예제 코드 실행 결과
오류 발생
Unhandled exception. System.IndexOutOfRangeException: Index was outside the bounds of the array.
원인 파악
System.IndexOutOfRangeException 오류는 배열의 범위를 벗어나는 인덱스에 접근하려고 할 때 발생하는 예외이다.
이 코드에서는 Main 메서드의 첫 부분에서 args[0]과 args[1]에 접근하여 명령줄 인수를 가져오려고 시도한다. 하지만 명령줄 인수를 입력하지 않고 프로그램을 실행하면 args 배열이 비어 있으므로 IndexOutOfRangeException 예외가 발생한 것이다.
이 문제를 해결하려면 프로그램을 실행할 때 명령줄 인수를 입력해야 한다.
Visual Studio에서 명령줄 인수를 입력하는 방법은 다음과 같다.
- 솔루션 탐색기에서 프로젝트를 마우스 오른쪽 버튼으로 클릭하고 속성을 선택한다.
- 디버그 탭을 선택한다.
- 애플리케이션 인수 필드에 명령줄 인수를 입력한다. 각 인수는 공백으로 구분한다. 예를 들어, 1부터 100까지의 소수를 찾으려면 "1 100"을 입력한다.
또는, 명령 프롬프트 또는 터미널에서 프로그램을 실행할 때 명령줄 인수를 입력할 수도 있다.
프로그램이름 인수1 인수2 ...예를 들어, ParallelLoop.exe 프로그램을 실행하면서 1부터 100까지의 소수를 찾으려면 다음과 같이 입력한다.
ParallelLoop.exe 1 100이렇게 하면 IndexOutOfRangeException 예외가 발생하지 않고 프로그램이 정상적으로 실행된다.
해결
1부터 100까지의 소수를 찾기 위해 명령줄 인수에 1 100을 입력하였고, 다음은 그 실행 결과이다.
