จะทำการคำนวณจำนวนมากในแบบขนานโดยใช้ C # ได้อย่างไร

เป้าหมาย

เป้าหมายคือการคำนวณรูปร่างโพลีฟอร์มที่เป็นไปได้ทั้งหมดของจำนวนกำลังสองที่กำหนด เนื่องจากนี่เป็นการคำนวณที่หนักมากสำหรับจำนวนที่มากขึ้น ฉันจึงต้องการใช้หลายคอร์ที่คอมพิวเตอร์ของฉันมี

ปัญหา

ฉันทำให้ปัญหาง่ายต่อการอธิบายและทดสอบโดยการสร้างสถานการณ์ต่อไปนี้:

1) for each value of 2, 3, 5, and 7:
2) find all multiples (up to a certain value) and add them to the same List
3) remove all duplicates from said list

ในโปรแกรมสุดท้ายของฉันขั้นตอนที่ 2 นั้นกว้างใหญ่และหนักกว่ามาก ดังนั้นฉันจึงต้องการแบ่งงานที่สองออกเป็นค่าต่างๆ มากมายเท่าใดก็ได้ที่ฉันต้องการตรวจสอบตามค่าของขั้นตอนที่ 1

สิ่งที่ฉันพยายาม

ฉันสร้างแอป winforms ด้วย C# Core พร้อมปุ่ม 5 ปุ่ม ลองใช้ความคล้ายคลึงกันในรูปแบบต่างๆ ที่ฉันพบที่นี่บน Stackoverflow และที่อื่นๆ บนอินเทอร์เน็ต:

นี่คือโค้ด (ซึ่งดูเหมือนมาก แต่เป็นเพียงแนวคิดเดียวกัน 5 รูปแบบ) พวกเขาทั้งหมดให้การนับเพื่อตรวจสอบว่าได้ผลลัพธ์เดียวกันหรือไม่ + ใช้เวลานานแค่ไหน:

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.ComponentModel;
using System.Data;
using System.Drawing;
using System.Linq;
using System.Security.Permissions;
using System.Text;
using System.Threading.Tasks;
using System.Windows.Forms;

namespace Parallelism
{
    public partial class Form1 : Form
    {
        private readonly int Repeat = 10000000; 

        public Form1()
        {
            InitializeComponent();
        }

        private void button1_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            List<int> output = new List<int>();
            foreach (int x in new int[] { 2, 3, 5, 7 })
            {
                for (int i = 0; i < Repeat; i++)
                {
                    output.Add(x * i);
                }
            }
            output = output.Distinct().ToList();
            watch.Stop();
            (sender as Button).Text += $", c:{output.Count} - {watch.ElapsedMilliseconds}ms";
        }

        private void button2_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            ConcurrentBag<int> output = new ConcurrentBag<int>();
            Task task = Task.WhenAll(
              Task.Run(() => button2_Calculation(2, output)),
              Task.Run(() => button2_Calculation(3, output)),
              Task.Run(() => button2_Calculation(5, output)),
              Task.Run(() => button2_Calculation(7, output))
            );
            task.Wait();
            HashSet<int> output2 = new HashSet<int>(output);
            watch.Stop();
            (sender as Button).Text += $", c:{output2.Count} - {watch.ElapsedMilliseconds}ms";
        }
        private void button2_Calculation(int x, ConcurrentBag<int> output)
        {
            for (int i = 0; i < Repeat; i++)
            {
                output.Add(x * i);
            }
        }

        private void button3_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            List<int> output = new List<int>();
            foreach (int x in (new int[] { 2, 3, 5, 7 }).AsParallel())
            {
                for (int i = 0; i < Repeat; i++)
                {
                    output.Add(x * i);
                }
            }
            output = output.Distinct().ToList();
            watch.Stop();
            (sender as Button).Text += $", c:{output.Count} - {watch.ElapsedMilliseconds}ms";
        }

        private void button4_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            ConcurrentBag<int> output = new ConcurrentBag<int>();
            Dictionary<int, Task> runningTasks = new Dictionary<int, Task>();
            foreach (int x in new int[] { 2, 3, 5, 7 })
            {
                int value = x;
                runningTasks.Add(x, Task.Factory.StartNew(() => button2_Calculation(value, output)));
            }
            foreach (Task t in runningTasks.Select(c => c.Value))
                t.Wait();
            HashSet<int> output2 = new HashSet<int>(output);
            watch.Stop();
            (sender as Button).Text += $", c:{output2.Count} - {watch.ElapsedMilliseconds}ms";
        }

        private void button5_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            ConcurrentBag<int> output = new ConcurrentBag<int>();
            Parallel.ForEach(new int[] { 2, 3, 5, 7 }, x => button5_Calculation(x, output));
            HashSet<int> output2 = new HashSet<int>(output);
            watch.Stop();
            (sender as Button).Text += $", c:{output2.Count} - {watch.ElapsedMilliseconds}ms";
        }
        private void button5_Calculation(int x, ConcurrentBag<int> output)
        {
            for (int i = 0; i < Repeat; i++)
                output.Add(x * i);
        }
    }
}

ผลลัพธ์จนถึงตอนนี้

จนถึงขณะนี้วิธีการข้างต้นทั้งหมดส่งผลให้มีระยะเวลาใกล้เคียงกันระหว่าง 1 วินาที - 1.5 วินาที จริงๆ แล้ว บางครั้งการประมวลผลแบบอนุกรมปกติดูเหมือนจะเร็วกว่ามาก สิ่งนี้เป็นไปได้อย่างไร? ฉันคาดหวังว่าด้วย 8 คอร์ (16 คอร์เสมือน) ที่การแยกงานจะส่งผลให้ความเร็วโดยรวมเร็วขึ้น

ความช่วยเหลือใด ๆ ที่ชื่นชมอย่างมาก!

อนาคต

หลังจากเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับวิธีการใช้งานการทำงานแบบขนานอย่างเหมาะสม ฉันคาดหวังว่าจะดำเนินการคำนวณทั้งหมดบนเธรดอื่น / Async เพื่อให้ GUI ยังคงตอบสนอง

แก้ไข:

ตอบกลับ @ Pac0: นี่คือการดำเนินการตามคำแนะนำของคุณ ดูเหมือนจะไม่มีความแตกต่างมากนัก:

private void button6_Click(object sender, EventArgs e)
        {
            var watch = System.Diagnostics.Stopwatch.StartNew();
            ConcurrentBag<HashSet<int>> bag = new ConcurrentBag<HashSet<int>>();
            var output = Parallel.ForEach(new int[] { 2, 3, 5, 7 }, x =>
            {
                HashSet<int> temp = new HashSet<int>();
                for (int i = 0; i < Repeat; i++)
                    temp.Add(x * i);
                bag.Add(temp);
            });
            HashSet<int> output2 = new HashSet<int>();
            foreach (var hash in bag)
                output2.UnionWith(hash);
            watch.Stop();
            (sender as Button).Text += $", c:{output2.Count} - {watch.ElapsedMilliseconds}ms";
        }