.NET中的多线程与并发编程：TPL与并行LINQ详解

掌握TPL和PLINQ可显著提升.NET应用的并发性能。1. TPL通过Task类简化异步编程，支持任务调度、延续、组合及async/await语法，适用于并行下载等场景；2. PLINQ借助AsParallel实现数据并行查询，适合大数据集的计算密集型操作，但需注意小数据集或轻量操作时的开销；3. 并发安全依赖lock、Interlocked、Concurrent集合和不可变类型，合理使用可避免竞态条件；4. 过度并行化可能导致资源浪费，应根据场景优化执行策略。

在现代软件开发中，提升程序性能和响应能力的一个关键手段是合理利用多核处理器的并行处理能力。.NET 提供了强大的并发编程支持，其中任务并行库（TPL）和并行 LINQ（PLINQ）是两个核心工具。它们简化了多线程编程的复杂性，让开发者能更高效地编写安全、可维护的并发代码。

任务并行库（TPL）：简化异步与并行操作

TPL 是 .NET 中用于实现基于任务的异步编程模型的核心组件，位于 System.Threading.Tasks 命名空间下。它抽象了线程管理的细节，通过 Task 和 Task<TResult> 类表示异步操作，使开发者可以专注于逻辑而非线程调度。

关键特性包括：

• 任务创建与执行：使用 Task.Run() 可将工作项调度到线程池中运行，避免手动创建线程的开销。
• 延续任务：通过 ContinueWith() 方法，可以在一个任务完成后自动启动另一个任务，实现链式调用。
• 任务等待与组合：支持 Task.WhenAll() 等待多个任务完成，或 Task.WhenAny() 响应首个完成的任务，适用于并行请求场景。
• async/await 支持：与 C# 的异步语法深度集成，让异步代码看起来像同步代码，提高可读性和可维护性。

例如，以下代码并行下载多个网页内容：

var urls = new[] { "http://example1.com", "http://example2.com" };
var tasks = urls.Select(async url =>
{
    using var client = new HttpClient();
    return await client.GetStringAsync(url);
});
var results = await Task.WhenAll(tasks);

并行 LINQ（PLINQ）：数据并行查询的利器

PLINQ 是 LINQ to Objects 的并行版本，允许将查询操作自动分布到多个 CPU 核心上执行。只需在数据源上调用 AsParallel()，即可启用并行处理，特别适合对大型集合进行计算密集型操作。

典型应用场景包括：

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• 对大量数据进行过滤、投影或聚合。
• 执行耗时的函数映射（如图像处理、数学计算）。
• 需要快速响应的大数据集分析。

例如，使用 PLINQ 并行筛选质数：

var primes = Enumerable.Range(2, 1000000)
                      .AsParallel()
                      .Where(IsPrime)
                      .ToList();

需要注意的是，PLINQ 并不总是比顺序 LINQ 快。对于轻量级操作或小数据集，线程协调开销可能超过并行收益。此外，可通过 WithExecutionMode() 和 WithMergeOptions() 控制执行策略，优化性能。

线程安全与资源共享

在 TPL 和 PLINQ 中，并发访问共享状态可能导致竞态条件。.NET 提供多种机制保障线程安全：

• lock 关键字：确保同一时间只有一个线程执行临界区代码。
• Interlocked 类：提供原子操作，如递增、交换等。
• Concurrent 集合：如 ConcurrentDictionary、ConcurrentQueue，专为并发访问设计。
• Immutable 类型：使用不可变对象避免共享状态修改问题。

在 PLINQ 中，若需在多个线程间累积结果，推荐使用 Aggregate 方法的并行重载，或结合 ThreadLocal<T> 减少锁竞争。

基本上就这些。掌握 TPL 和 PLINQ 能显著提升 .NET 应用的并发处理能力，但也要注意合理使用，避免过度并行化带来的资源浪费和调试困难。

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