ParallelLoopState.Break - Wie du Parallel.For und Parallel.ForEach verlassen kannst

ParallelLoopState.Break - Wie du Parallel.For und Parallel.ForEach verlassen kannst

Im LernMoment “Parallel.ForEach und thread-lokale Variablen” hast du gesehen, wie einfach die parallele Ausführung von komplexeren Schleifen sein kann. Willst du deine parallel laufende Schleife allerdings verlassen, dann wird es komplizierter.

Du kannst eine Parallel.For oder Parallel.ForEach nicht einfach mit break unterbrechen. break ist ein Schlüsselwort, welches nur in Schleifen (bzw. switch-Anweisungen) verwendet werden kann. Um nun die parallele Schleife nicht immer bis zum Ende laufen lassen zu müssen, gibt es die Klasse ParallelLoopState. Diese bietet dir eine Break Methode an.

Die ParallelLoopState.Break Methode ist in ihrem Verhalten dem break für sequentielle Schleifen nach empfunden. Hier eine einfache for-Schleife:

for (int i = 1; i <= 40; i++)
{
    Console.Write(i + " ");
    if (i >= 35)
    {
        Console.WriteLine("Schleife wurde verlassen bei Index: {0}", i);
        break;
    }
}

Es ist somit klar, dass alle Iterationen bis zur Abbruchbedingung ausgeführt wurden. Genauso ist es auch bei der parallelen Abarbeitung. Dabei gilt zu beachten, dass je nach Anzahl von vorhandenen Prozessoren bzw. Kernen und vielen weiteren Bedingungen der Datenbereich, der in der Schleife bearbeitet werden soll, partitioniert wird.

Bei dem vorherigen Beispiel könnte es beispielsweise sein, dass die Ausführung der Iterationen mit Index 1 bis 20 der Partition A zugewiesen werden, während die verbleibenden Iterationen der Partition B zugewiesen werden. Wenn diese Partitionen nun parallel bearbeitet werden, wird Partition B sofort abgebrochen. Die Abarbeitung von Partition A wird allerdings nicht gestoppt, weil die Daten bzw. der Index in dieser Partition die Abbruchbedingung noch nicht erfüllen.

Selbst wenn die Abarbeitung von Partition A noch nicht gestartet wurde, und in Partition B bereits die Abbruchbedingung erkannt wurde, wird Partition A ganz normal abgearbeitet. Bei ParallelLoopState.Break kannst du also nicht vorhersagen welches Ergebnis du bekommst. Alles hängt von der Partitionierung und der Zuweisung der Partitionen zu Tasks ab.

Ein Objekt der Klasse ParallelLoopState wird automatisch angelegt, wenn du eine entsprechende Variante der Parallel.For oder Parallel.ForEach Methode benutzt. Du kannst bestimmen wie die Instanz heißen soll. Die Aufgabe dieser Klasse ist es Informationen zwischen parallel laufenden Partitionen auszutauschen. Allerdings kannst du darin keine Nutzdaten transportieren, sondern es wird lediglich der Zustand der Schleife ausgetauscht.

Im Kontext von ParallelLoopState.Break ist die Eigenschaft LowestBreakIteration von Interesse. Damit kannst du feststellen, ob für eine Partition bereits Break aufgerufen wurde und wenn ja bei welchem Index. Mit dieser Eigenschaft kannst du ein weiteres Phänomen erkunden. Wie bereits gesagt, mit ParallelLoopState.Break wird dir garantiert, dass alle Iterationen bis zur Abbruchbedingung ausgeführt werden. Es kann allerdings auch passieren, dass (wesentlich) mehr Iterationen ausgeführt werden:

Parallel.For(1, 40, (i, loopState) =>
{
    Console.WriteLine(string.Format(
        "Index: {0}, LowestBreakIteration: {1}", i, loopState.LowestBreakIteration));
    if (i >= 15)
    {
        loopState.Break();
    }
});
 
/* Die vorherige Parallel.For könnte diese Ausgabe erzeugen              
Index: 10 LowestBreakIteration: 
Index: 11 LowestBreakIteration: 
Index: 21 LowestBreakIteration: 
Index: 1 LowestBreakIteration: 
Index: 2 LowestBreakIteration: 21
Index: 3 LowestBreakIteration: 21
Index: 6 LowestBreakIteration: 21
Index: 7 LowestBreakIteration: 21
Index: 8 LowestBreakIteration: 21
Index: 9 LowestBreakIteration: 21
Index: 12 LowestBreakIteration: 21
Index: 13 LowestBreakIteration: 21
Index: 14 LowestBreakIteration: 21
Index: 15 LowestBreakIteration: 21
Index: 4 LowestBreakIteration: 21
Index: 5 LowestBreakIteration: 15
*/

In diesem Beispiel siehst du, dass auch die Iteration mit Index 21 bearbeitet wurde. Dieses ist ein wesentlicher Unterschied zum Verlassen einer sequentiellen Schleife. Gäbe es in diesem Beispiel einen größeren Datenbereich (z.B. 1 - 9999), dann könnten noch wesentlich mehr Iterationen bearbeitet worden sein, als du womöglich erwartet hast.

Das Beispiel zeigt auch, dass LowestBreakIteration langsam der eigentlichen Abbruchbedingung entgegenkommen kann. Da durch die Partitionierung die Abbruchbedingung (i >= 15) für eine Partition sofort erfüllt war (bei i == 21), wurde diese Iteration erstmal als LowestBreakIteration benutzt. Möchtest du nach der parallelen Schleife wissen, bei welchem Index aufgehört wurde, stellt dir ein Objekt der Klasse ParallelLoopResult diesen Wert in seinr LowestBreakIteration bereit.

Jetzt erstmal viel Spaß mit dem vorzeitigem Verlassen von parallelen Schleifen

Jan

Merke

  • Obwohl die Verwendung von Parallel.For und Parallel.ForEach einfach ist, hast du es immer noch mit Parallelität zutun. Somit kann auch dieses scheinbar einfache Konstrukt kompliziert werden.
  • Die konkrete Abarbeitung von parallelen Schleifen ist abhängig von der Partitionierung der Daten.
  • Auch wenn ParallelLoopState.Break in einer Partition bereits aufgerufen wurde, kann es noch Partitionen geben, die komplett oder teilweise abgearbeitet werden.
  • Genau wie bei einer sequentiellen Schleife werden alle Elemente vom Start bis zur Abbruchbedingung in einer parallelen Schleife bearbeitet. Es kann allerdings auch passieren, dass noch mehr Elemente bearbeitet werden.
  • Die Eigenschaft LowestBreakIteration ist innerhalb der parallelen Schleife über eine Instanz von ParallelLoopState verfügbar und außerhalb der Schleife über ParallelLoopResult.

Lernquiz

Verwende folgende Fragen, um das Gelernte von heute zu festigen:

  • Wenn du eine Parallel.For-Schleife von Index 1 bis 1000 hast und diese bei Index 250 verlassen wird, welche Indizes werden auf garantiert bearbeitet?
  • Wie heißt die Methode zum Verlassen einer parallelen Schleife?
  • Was sagt die Eigenschaft LowestBreakIteration aus und an welchen Klassen gibt es sie?

Am besten schaust du dir morgen und dann nochmal in ein paar Tagen die vorherigen Fragen an und beantwortest sie, ohne den Text vorher gelesen zu haben.

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