Artigos .NET Artigo .net magazine 70 - PLINQ
Do que trata o artigo

Paralelismo no LINQ através da nova arquitetura de programação paralela disponível no .NET Framework 4.0, denominada PLINQ.

Para que serve

Em situações apropriadas é possível melhorar significativamente o desempenho de consultas via LINQ, dividindo entre os núcleos do processador, o processamento das mesmas.

Em que situação o tema é útil

Aplicações .NET rodando em servidores com processadores multi-core podem tirar proveito da nova arquitetura de programação com paralelismo na execução de tarefas.

Resumo do DevMan

Dentre os avanços presentes no .NET Framework 4.0, sem dúvida, um dos mais significativos é o suporte ao processamento paralelo de tarefas utilizando plenamente o poder dos processadores multi-core. Neste artigo veremos como isso foi adicionado ao LINQ com a criação de uma nova arquitetura que possibilita obtermos ganhos com computação paralela de forma simples, eficiente e com real escalabilidade.

A versão 3.0 do .NET Framework introduziu o LINQ como um modelo de consultas unificado para qualquer data source que implemente IEnumerable, dessa forma podemos realizar consultas em coleções de objetos na memória. O Parallel LINQ, ou PLINQ, disponível no .NET Framework 4.0 é capaz de realizar consultas fazendo uso de computação paralela. Ou seja, utilizando processadores multi-core, comuns nos hardwares utilizados nos dias de hoje, podemos programar na plataforma .NET separando uma determinada tarefa de forma a ser executada em pequenas partes rodando concorrentemente (paralelismo na execução de atividades).

Uma consulta PLINQ realiza a mesma implementação do padrão LINQ, mas com paralelismo. Nesse sentido a diferença está na capacidade de utilizar de maneira plena todos os processadores presentes no hardware, particionando a fonte de dados em segmentos e em seguida executando a consulta em cada segmento de forma paralela. Isso pode significar um aumento considerável na performance na maioria dos casos, fazendo com que as consultas sejam executadas rapidamente.

No entanto, o modelo de programação com paralelismo pode introduzir suas próprias complexidades, e nem todas as operações de consulta são executadas com maior velocidade no PLINQ. Veremos nesse artigo como podemos utilizar o PLINQ nos cenários corretos conhecendo suas particularidades, as ferramentas de debugging do Visual Studio 2010 e outras novidades.

Nota: Todos os exemplos foram desenvolvidos com o Visual Studio 2010 Ultimate Beta 2, sendo essa a versão mais recente disponível até o término do artigo. Na sessão de links, no final do artigo, você encontra duas opções de download para o Visual Studio 2010 Ultimate. É possível que para a versão final novos recursos sejam acrescidos tanto ao .NET Framework 4.0 quanto ao Visual Studio 2010, entretanto, neste artigo utilizaremos como referência o material já disponibilizado no MSDN sobre as tecnologias aqui mencionadas.

Programação paralela

O novo modelo de programação com suporte a paralelismo do .NET Framework 4.0 traz uma arquitetura com novas bibliotecas dividas conforme mostra a Figura 1.

Figura 1. Arquitetura do novo modelo de programação paralela do .NET Framework 4.0

Percebemos que além do PLINQ Execution Engine temos a chamada Task Parallel Library (ou simplesmente TPL), responsável por implementar construções com paralelismo – através de For e ForEach – permitindo a execução de tarefas simultâneas. Outra área de destaque no diagrama é a chamada Data Structures for Coordination, que inclui coleções de classes de alta performance e outros objetos leves para sincronização. Complementando o novo modelo de programação, o Visual Studio 2010 traz uma série de novas ferramentas de apoio para debugging e análise das aplicações construídas com parallel programing.

Conforme mencionado na introdução desse artigo, essa nova arquitetura visa tirar proveito dos processadores multi-core, amplamente utilizado em hosts e estações de trabalho. De fato, a tendência é que em pouco tempo os processadores possuam mais núcleos, e as máquinas tenham cada vez mais um poder de processamento maior. Isso significa que aplicações construídas com a nova arquitetura poderão no futuro ser escaladas facilmente.

Para descobrir o número de processadores de um hardware você pode utilizar o código descrito na Listagem 1. Isso pode ser útil em aplicações rodando em máquinas contendo processadores com dois, quatro ou mais núcleos, porque temos como decidir o grau de paralelismo que desejaremos utilizar para executarmos uma determinada tarefa.

Listagem 1. Código para verificação do número de processadores presentes na máquina que executa uma aplicação .NET


      1 using System;
      2 
      3 class Program
      4 {
      5     static void Main()
      6     {
      7         Console.WriteLine("Número de processadores: {0}", 
      8             Environment.ProcessorCount);
      9         Console.ReadLine();
     10     }
     11 }

Iniciando com a programação paralela

Veremos agora um primeiro exemplo utilizando a nova estrutura que suporta a programação paralela no .NET Framework 4.0. Crie um programa no Visual Studio 2010 do tipo Console Application, escolhendo no menu File a opção New / Project..., em seguida informe um nome para o seu projeto e clique em Ok para confirmar. A Figura 2 mostra a nova janela New Project do Visual Studio 2010.

Figura 2. Nova janela de templates de projeto do Visual Studio 2010

Insira dentro do arquivo Program.cs o código-fonte conforme descrito na Listagem 2. Este código exemplifica o uso da TPL, onde comparamos o tempo de processamento entre um comando For tradicional e no novo Parallel.For (disponível dentro do namespace ...

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