C#のforeachとParallel.ForEachの違いとは？並列処理による高速化を解説

C#におけるforeachとParallel.ForEachの基本的な違い

C#の通常のforeachループは、単一のスレッド上で動作し、要素を1つずつ順番に（逐次的に）処理していきます。一方、Parallel.ForEachは複数のスレッド上で動作し、各要素を並列に処理します。つまり、前の要素の処理完了を待たずに、すべての項目に対して同時にループ処理を行うことができます。

そのため、Parallel.ForEachは通常のforeachよりも高速に実行できるのが大きな特徴です。Parallel.ForEachを使用するには、System.Threading.Tasks名前空間をインポートする必要があります。

サンプルコード

以下のコードでは、動物のリストに対して通常のforeachとParallel.ForEachの両方を実行し、それぞれの実行時間とスレッドIDを計測・表示しています。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Diagnostics;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace DemoApplication {
   class Demo {
      static void Main(string[] args) {
         var animals = new List<string> {
            "cat", "rat", "deer", "elephant", "lion", "tiger", "dog", "pig",
            "buffalo", "rabbit", "horse", "cheetah", "cow", "goat", "sheep",
            "donkey", "zebra", "wolf", "fox", "leopard", "monkey",
            "kangaroo", "giraffe", "hippo"
         };

         var stopWatch = Stopwatch.StartNew();
         foreach (string animal in animals) {
            Console.WriteLine($"Animal Name: {animal}, Thread Id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
         }
         Console.WriteLine($"foreach loop execution time = {stopWatch.Elapsed.TotalSeconds} seconds");

         var stopWatch2 = Stopwatch.StartNew();
         Parallel.ForEach(animals, animal => {
            Console.WriteLine($"Animal Name: {animal}, Thread Id={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId}");
         });
         Console.WriteLine($"Parallel foreach loop execution time = {stopWatch2.Elapsed.TotalSeconds} seconds");

         Console.ReadLine();
      }
   }
}

実行結果

上記コードの実行結果は以下のとおりです。

Animal Name: cat, Thread Id= 1
Animal Name: rat, Thread Id= 1
Animal Name: deer, Thread Id= 1
Animal Name: elephant, Thread Id= 1
Animal Name: lion, Thread Id= 1
Animal Name: tiger, Thread Id= 1
Animal Name: dog, Thread Id= 1
Animal Name: pig, Thread Id= 1
Animal Name: buffalo, Thread Id= 1
Animal Name: rabbit, Thread Id= 1
Animal Name: horse, Thread Id= 1
Animal Name: cheetah, Thread Id= 1
Animal Name: cow, Thread Id= 1
Animal Name: goat, Thread Id= 1
Animal Name: sheep, Thread Id= 1
Animal Name: donkey, Thread Id= 1
Animal Name: zebra, Thread Id= 1
Animal Name: wolf, Thread Id= 1
Animal Name: fox, Thread Id= 1
Animal Name: leopard, Thread Id= 1
Animal Name: monkey, Thread Id= 1
Animal Name: kangaroo, Thread Id= 1
Animal Name: giraffe, Thread Id= 1
Animal Name: hippo, Thread Id= 1
foreach loop execution time = 0.0129221 seconds

Animal Name: cat, Thread Id= 1
Animal Name: rat, Thread Id= 1
Animal Name: deer, Thread Id= 1
Animal Name: elephant, Thread Id= 1
Animal Name: lion, Thread Id= 1
Animal Name: tiger, Thread Id= 1
Animal Name: pig, Thread Id= 1
Animal Name: buffalo, Thread Id= 1
Animal Name: dog, Thread Id= 3
Animal Name: sheep, Thread Id= 3
Animal Name: donkey, Thread Id= 3
Animal Name: rabbit, Thread Id= 1
Animal Name: goat, Thread Id= 5
Animal Name: fox, Thread Id= 5
Animal Name: leopard, Thread Id= 5
Animal Name: cow, Thread Id= 4
Animal Name: hippo, Thread Id= 4
Animal Name: kangaroo, Thread Id= 9
Animal Name: giraffe, Thread Id= 6
Animal Name: monkey, Thread Id= 5
Animal Name: horse, Thread Id= 1
Animal Name: cheetah, Thread Id= 1
Animal Name: zebra, Thread Id= 3
Animal Name: wolf, Thread Id= 3
Parallel foreach loop execution time = 0.0092988 seconds

結果からわかること

実行結果を見ると、通常のforeachではすべての処理がスレッドID「1」のみで実行されているのに対し、Parallel.ForEachではスレッドIDが「1」「3」「4」「5」「6」「9」など複数のスレッドに分散していることが確認できます。これは、Parallel.ForEachが実際にマルチスレッドで並列処理を行っている証拠です。

また、この例のように処理が軽い場合でも実行時間に差が現れており、より重い処理（ファイルI/Oや画像処理など）を大量のデータに対して行う場合には、Parallel.ForEachによる高速化効果がさらに顕著になります。

使い分けのポイント

• foreach： 処理順序を保証したい場合や、軽量な処理、共有リソースへの安全なアクセスが必要な場合に適しています。
• Parallel.ForEach： 各要素の処理が互いに独立しており、順序に依存しない重い処理を大量のデータに対して実行する場合に適しています。

なお、Parallel.ForEachは要素の処理順序が保証されないため、順序が重要なロジックでは使用しないよう注意しましょう。