引言
随着软件应用中计算密集型任务和大型数据集的日益普遍，开发者需要高效的工具来处理数据。在 C# 中，两个常用的数据处理工具是 LINQ（语言集成查询）和 PLINQ（并行 LINQ）。它们在语法和功能上相似，但在查询的执行方式上却有本质区别。本文将深入探讨 LINQ 与 PLINQ 的主要差异、适用场景以及性能对比，同时通过实际示例和基准测试来说明它们的使用效果。

什么是 LINQ？
LINQ（Language Integrated Query，语言集成查询）是 C# 的一项功能，它允许开发者使用语言内嵌的查询语法来操作数据。自 .NET Framework 3.5 起引入，LINQ 提供了一种一致的方式来操作不同类型的数据源，比如集合、数据库、XML 等。LINQ 查询是顺序执行的，即依次处理每个数据项。

LINQ 示例

var numbers = new List<int> { 1, 2, 3, 4, 5 };
var evenNumbers = numbers.Where(n => n % 2 == 0).ToList();
foreach (var number in evenNumbers)
{
    Console.WriteLine(number); // 输出: 2, 4
}

LINQ 使用简单，非常适合处理小型到中型数据集或计算量不大的查询。

什么是 PLINQ？
PLINQ（Parallel LINQ，并行 LINQ）是在 .NET Framework 4.0 中引入的，它在 LINQ 的基础上增加了并行查询执行的能力。PLINQ 构建于 TPL（任务并行库）之上，利用多个 CPU 核心来更高效地处理大型数据集或计算密集型操作。它会将数据划分为若干部分，并使用多个线程并发执行查询操作。

PLINQ 示例

var numbers = Enumerable.Range(1, 10_000);
var evenNumbers = numbers.AsParallel()
                         .Where(n => n % 2 == 0)
                         .ToList();
Console.WriteLine(evenNumbers.Count); // 输出: 5000

调用 AsParallel() 方法后，查询将会在多个处理器核心上并行执行。
LINQ vs PLINQ 性能比较
为了更好地理解 LINQ 与 PLINQ 在性能上的区别，我们来处理一个大型数据集，并对比它们的执行时间。

示例：LINQ 与 PLINQ 性能对比
以下代码使用 LINQ 和 PLINQ 分别处理从 1 到 5,000,000 的整数集合，并筛选其中的素数，同时记录运行时间。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Linq;

classProgram
{
    static void Main()
    {
        var largeDataSet = Enumerable.Range(1, 5_000_000).ToList();

        // LINQ 测试
        var stopwatch = Stopwatch.StartNew();
        var linqPrimes = largeDataSet.Where(IsPrime).ToList();
        stopwatch.Stop();
        Console.WriteLine($"LINQ 时间: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} 毫秒");
        Console.WriteLine($"LINQ 素数数量: {linqPrimes.Count}");

        // PLINQ 测试
        stopwatch.Restart();
        var plinqPrimes = largeDataSet.AsParallel().Where(IsPrime).ToList();
        stopwatch.Stop();
        Console.WriteLine($"PLINQ 时间: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} 毫秒");
        Console.WriteLine($"PLINQ 素数数量: {plinqPrimes.Count}");
    }

    static bool IsPrime(int number)
    {
        if (number <= 1) returnfalse;
        for (int i = 2; i <= Math.Sqrt(number); i++)
        {
            if (number % i == 0) returnfalse;
        }
        returntrue;
    }
}

基准测试说明
数据集：从 1 到 5,000,000 的整数集合。
LINQ 查询：顺序处理每一个元素，判断是否为素数。
PLINQ 查询：并行处理数据集中的多个部分，加快执行速度。
PLINQ 中的有序与无序处理
默认情况下，PLINQ 是无序处理的，以最大化性能。但在某些情况下，如果你希望结果保持与原始数据相同的顺序，可以通过 .AsOrdered() 来显式指定有序执行。

示例：在 PLINQ 中使用 .AsOrdered()

// 堆代码 duidaima.com
var numbers = Enumerable.Range(1, 10);
var orderedResult = numbers.AsParallel()
                           .AsOrdered()
                           .Where(n => n % 2 == 0)
                           .ToList();
Console.WriteLine(string.Join(", ", orderedResult)); // 输出: 2, 4, 6, 8, 10

如果结果顺序无关紧要，可以使用 .AsUnordered() 进一步优化性能。

基准测试：有序 vs 无序 PLINQ
以下代码比较有序与无序执行在 PLINQ 中的性能差异：

var numbers = Enumerable.Range(1, 1_000_000).ToList();
var stopwatch = Stopwatch.StartNew();

// 有序 PLINQ
var orderedPrimes = numbers.AsParallel()
                           .AsOrdered()
                           .Where(IsPrime)
                           .ToList();
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine($"AsOrdered 执行时间: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} 毫秒");
stopwatch.Restart();
// 无序 PLINQ
var unorderedPrimes = numbers.AsParallel()
                             .AsUnordered()
                             .Where(IsPrime)
                             .ToList();
stopwatch.Stop();
Console.WriteLine($"AsUnordered 执行时间: {stopwatch.ElapsedMilliseconds} 毫秒");

预期输出（示例）：

AsOrdered 执行时间: 210 毫秒  
AsUnordered 执行时间: 140 毫秒

可以看到，无序执行通常会更快，因为它省去了保持顺序所需的额外开销。
LINQ 与 PLINQ 的典型使用场景
何时使用 LINQ？
1.数据量较小，顺序处理已足够高效。
2.任务要求严格的结果顺序。
3.调试方便、逻辑简单的查询。
4.实时性要求高的系统（低延迟比高吞吐量更重要）。
何时使用 PLINQ？
1.数据量庞大，并且可以通过并行化缩短运行时间。
2.计算密集型任务，例如图像处理、复杂数学运算等。
3.批量处理任务，且对顺序没有要求，例如日志统计分析。

4.程序运行在多核 CPU 的环境中，能充分利用多线程优势。

LINQ 与 PLINQ 的对比总结表

特性	LINQ	PLINQ
执行方式	顺序执行	并行执行
性能优势	适合小型数据集	针对大型数据集优化
CPU 利用率	使用单个核心	使用多个核心和线程
顺序保持	默认保持输入顺序	默认无序，可通过 AsOrdered() 强制有序
错误处理	错误传播较简单	需要处理线程级别的异常
控制能力	控制执行方式有限	支持取消、分区等高级控制选项
系统开销	几乎无额外开销	线程管理和分区可能带来一定开销

结论

LINQ 和 PLINQ 都是 C# 中非常强大且灵活的数据查询工具。
1.LINQ 更适合处理较小、结构清晰、对顺序有要求的查询任务。
2.PLINQ 在面对大数据量或重计算任务时表现出色，尤其适用于并发处理、批量分析等高性能场景。
在使用 PLINQ 时，是否保持结果顺序会显著影响性能。如果对顺序没有硬性要求，使用 .AsUnordered() 能进一步提升处理速度。

总之，在实际项目中选择 LINQ 还是 PLINQ，应该根据以下几个因素权衡：
1.数据规模
2.计算复杂度
3.是否依赖结果顺序
4.代码复杂度与可维护性
通过合理使用 LINQ 与 PLINQ，可以在保证代码简洁的同时最大化程序性能。