并行编程实战——基于C# 8和.NET Core 3

Packt出版社大约一年前首次与我联系，约稿撰写本书。经过一段漫长的写作过程，本书的编写终于完成，虽然比我预期的要难，但是在此过程中我也学习到了很多知识。你现在看到的图书是我经过许多漫长日子、辛勤工作的结晶，我很自豪终能将它呈现在你的面前。

编写一本有关C#的图书对我来说意义重大，因为在我的职业生涯中，C#是我使用为娴熟的语言，撰写一本和它有关的图书是我一直以来的梦想。自从C#面世以来，它确实有了长足的发展，而.NET Core的出现也增强了C#在开发人员社区中的声誉。

为了使本书对广大读者更有意义，我们将同时讨论经典的线程模型和任务并行库（TPL），并通过代码进行更详细的解释。我们将首先研究操作系统和多线程代码编写方面的基本概念，然后仔细探讨经典线程和TPL之间的区别。

本书的编写方式力求易于学习，并注意在当前编程实践的背景下进行并行编程。本书示例简短明了，即使你没有太多的先验知识也很容易理解。

希望你能喜欢阅读本书，就像我喜欢撰写本书一样。

本书读者

本书适用于希望学习多线程和并行编程概念，并想在使用.NET Core构建的企业应用程序中使用它们的C#程序员。如果你是学生或专业人士，想理解并行编程与现代硬件的结合方式，那么本书也很适合你。

本书假定你已经熟悉C#编程语言和操作系统相关基础知识。

内容介绍

本书共包括5篇14章，具体内容如下。

? 第1篇：线程、多任务和异步基础，包括第1～4章。

? 第1章“并行编程简介”，阐释多线程和并行编程的重要概念。本章还介绍操作系统的发展以及现代并行编程结构。

? 第2章“任务并行性”，演示如何将程序划分为任务，包括将APM模式和EAP模式转换为任务，以有效利用CPU资源和提高程序性能。

? 第3章“实现数据并行”，重点介绍使用并行循环实现数据并行性。本章还介绍有助于实现并行性的扩展方法以及分区策略。

? 第4章“使用PLINQ”，说明如何利用PLINQ支持，这包括排序查询和取消查询。另外，本章还讨论影响PLINQ性能的因素。

? 第2篇：支持.NET Core中并行性的数据结构，包括第5～7章。

? 第5章“同步原语”，介绍C#中可用的同步结构，包括互锁操作、锁原语、信号原语、屏障和倒数事件、自旋锁等，使用它们可以处理多线程代码中的共享资源。

? 第6章“使用并发集合”，描述如何利用.NET Core中可用的并发集合，而不必担心手动同步编码的问题。

? 第7章“通过延迟初始化提高性能”，阐释延迟初始化的概念，并探讨如何使用延迟模式实现内置构造，以及如何减少延迟初始化的开销。

? 第3篇：使用C#进行异步编程，包括第8章和第9章。

? 第8章“异步编程详解”，探讨如何在早期版本的.NET中编写异步代码，并讨论适合使用异步编程的情形和不宜使用异步编程的情形。

? 第9章“基于任务的异步编程基础”，介绍如何利用.NET Core中的新结构（async和await关键字）来实现异步代码。

? 第4篇：异步代码的调试、诊断和单元测试，包括第10章和第11章。

? 第10章“使用Visual Studio调试任务”，重点介绍Visual Studio 2019中可用的各种工具，这些工具使调试并行任务更加容易。

? 第11章“编写并行和异步代码的单元测试用例”，介绍在Visual Studio和.NET Core中编写单元测试用例的各种方法。

? 第5篇：.NET Core附加的并行编程功能，包括第12～14章。

? 第12章“ASP.NET Core中的IIS和Kestrel”，介绍IIS和Kestrel线程模型。本章还探讨微服务中线程的实践以及对异步流的支持。

? 第 13 章“并行编程中的模式”，介绍用 C#语言实现的各种模式。包括MapReduce映射和归约、聚合、分叉/合并模式、推测处理模式、延迟模式和共享状态模式等。这也包括自定义模式实现。

? 第14章“分布式存储管理”，探讨如何在分布式程序中共享存储。本章还介绍通信网络的类型和特征、拓扑结构、消息传递接口等。

充分利用本书

要完成本书的学习，需要在系统上安装Visual Studio 2019和.NET Core 3。建议先掌握一些有关C#语言和操作系统方面的基础知识。

下载示例代码文件

读者可以从www.packtpub.com下载本书的示例代码文件。具体步骤如下。

（1）登录或注册www.packtpub.com。

（2）在Search（搜索）框中输入本书英文版名称的一部分Hands-On-Parallel-Programming，即可在推荐下拉菜单中看到本书，如图P-1所示。

图P-1

（3）选择Hands-On Parallel Programming with C# 8 and .NET Core 3一书，在其详细信息页面中单击Download code files（下载代码文件）超链接，如图P-2所示。

图P-2

提示：如果未出现Download code files（下载代码文件）超链接，请先注册并登录该网站。

下载文件后，请确保使用下列版本解压缩或解压缩文件夹。

? WinRAR/7-Zip（Windows系统）。

? Zipeg/iZip/UnRarX（Mac系统）。

? 7-Zip/PeaZip（Linux系统）。

另外，本书的代码包也已经托管在GitHub上，对应网址如下。

https://github.com/PacktPublishing/Hands-On-Parallel-Programming-with-C-8-and-.NET- Core-3

在上述页面上，单击Code（代码）按钮，然后选择Download ZIP即可下载本书代码包，如图P-3所示。

图P-3

此外，如果代码有更新，则会在现有GitHub存储库上进行更新。

下载彩色图像

我们还提供了一个PDF文件，其中包含本书所使用的屏幕截图/图表的彩色图像。可以通过以下地址下载。

https://static.packt-cdn.com/downloads/9781789132410_ColorImages.pdf

本书约定

本书使用了许多文本约定。

（1）CodeInText：表示文本中的代码字、数据库表名、文件夹名、文件名、文件扩展名、路径名、虚拟URL和用户输入等。以下段落就是一个示例。

从.NET Framework 4开始，许多线程安全集合被添加到.NET库中。还添加了一个新的命名空间System.Threading.Concurrent。这包括以下结构。

? IProducerConsumerCollection<T>。

? BlockingCollection<T>。

? ConcurrentDictionary<TKey, TValue>。

（2）有关代码块的设置如下：

private static void PrintNumber10Times()

{

for (int i = 0; i < 10; i )

{

Console.Write(1);

}

Console.WriteLine();

}

（3）任何命令行输入或输出都采用如下所示的粗体代码形式：

private static void PrintNumber10Times()

{

for (int i = 0; i < 10; i )

{

Console.Write(1);

}

Console.WriteLine();

}

（4）术语或重要单词采用中英文对照形式，在括号内保留其英文原文。示例如下：

就集合而言，线程安全（Thread Safe）并不是一个全新的概念。所谓线程安全，就是指在拥有共享数据的多条线程并行执行的程序中，代码会通过同步机制保证各个线程都可以被正确执行，而不会出现数据被污染等意外情况。

（5）对于界面词汇则保留其英文原文，在后面使用括号添加其中文翻译。示例如下：

Test Explorer（测试资源管理器）的一项关键功能是能够并行运行测试用例。如果你的系统具有多个CPU核心，则可以轻松利用并行性来更快地运行测试用例。这可以通过单击Test Explorer（测试资源管理器）中的Run Tests in parallel（并行运行测试）按钮来完成。

（6）本书还使用了以下两个图标。

 表示警告或重要的注意事项。

 表示提示或小技巧。

关于作者

Shakti Tanwar是Techpro Compsoft Pvt Ltd（一家全球信息技术咨询提供商）的首席执行官。他是一名技术推广人员和软件架构师，在软件开发和企业培训方面拥有超过15年的经验。Shakti是一名Microsoft认证培训师，并且一直与Microsoft合作在中东地区开展培训。他的专业领域包括.NET、Azure机器学习、人工智能、纯函数式编程的应用和并行计算等。

没有我的妻子Kirti和儿子Shashwat的支持，这本书是不可能面世的，正是他们的微笑和鼓励使我奋力前进。

永远感谢我的父母和兄弟姐妹，他们一直激励着我迈向新的成功高度。

非常感谢我的朋友、导师和Packt团队，他们在本书的创作中为我提供了悉心的指导。

关于审稿人

Alvin Ashcraft是一名居住在费城附近的开发人员。他从事C#、Visual Studio、WPF、ASP.NET等软件的开发工作长达23年。他已经9次获得Microsoft MVP头衔。他的博客是Morning Dew，内容大都与.NET开发有关。另外，他也是Allscripts的首席软件工程师，负责构建医疗保健软件。他之前曾在软件公司（包括Oracle）任职。他还审读过Packt Publishing的其他书稿，如Mastering ASP.NET Core 2.0、Mastering Entity Framework Core 2.0和Learning ASP.NET Core 2.0等。

Vidya Vrat Agarwal是一位饱学之士、演讲人、Apress的出版作者，并且也是Apress、Packt和O’Reilly等出版社10多本书的技术审稿人。除此之外，他还是一位架构师，在为大型企业设计架构和开发分布式软件解决方案方面拥有20年的经验。在T-Mobile担任首席架构师时，他曾与B2C和B2B团队合作，为各种T-Mobile计划建立解决方案和架构路线图，从而对数百万的T-Mobile客户产生积极影响。他将软件开发视为一种技巧，并且积极支持软件架构和简洁代码实践。

《并行编程实战：基于C# 8和.NET Core 3》详细阐述了与并行编程相关的基本解决方案，主要包括并行编程简介、任务并行性、实现数据并行、使用PLINQ、同步原语、使用并发集合、通过延迟初始化提高性能、异步编程详解、基于任务的异步编程基础、使用Visual Studio调试任务、编写并行和异步代码的单元测试用例、ASP.NET Core中的IIS和Kestrel、并行编程中的模式、分布式存储管理等内容。此外，本书还提供了相应的示例、代码，以帮助读者进一步理解相关方案的实现过程。 《并行编程实战： 基于C# 8和.NET Core 3》适合作为高等院校计算机及相关专业的教材和教学参考书，也可作为相关开发人员的自学读物和参考手册。

沙克蒂·坦沃是Techpro Compsoft Pvt Ltd（一家全球信息技术咨询提供商）的首席执行官。他是一名技术推广人员和软件架构师，在软件开发和企业培训方面拥有超过15年的经验。Shakti是一名Microsoft认证培训师，并且一直与Microsoft合作在中东地区开展培训。他的专业领域包括.NET、Azure机器学习、人工智能、纯函数式编程的应用和并行计算等。