在C#8/Unity2022中PLINQ组合操作为何串行执行？

问题背景 #

在C# 8 + Unity 2022环境下，使用PLINQ执行SelectMany+Select+FirstOrDefault组合操作时，出现了串行执行的情况，耗时远超预期：

问题代码 #

var raw = Enumerable.Range(1, 10);

var candidates = raw.AsParallel();

var p1 = candidates.AsParallel()
    .SelectMany(
        ii =>
        {
            Debug.Log(">>>>>> " + ii);

            Thread.Sleep(1000);

            Debug.Log("<<<<<< " + ii);

            return new[] { ii };
        }
    );

var p2 = p1.Select(
    (v, i) => v);

var chosen = p2.FirstOrDefault();

执行结果 #

日志按顺序串行输出，总耗时10秒：

>>>>>> 1
<<<<<< 1
>>>>>> 2
<<<<<< 2
>>>>>> 3
<<<<<< 3
>>>>>> 4
<<<<<< 4
>>>>>> 5
<<<<<< 5
>>>>>> 6
<<<<<< 6
>>>>>> 7
<<<<<< 7
>>>>>> 8
<<<<<< 8
>>>>>> 9
<<<<<< 9
>>>>>> 10
<<<<<< 10

原因分析 #

1. 带索引的Select强制有序并行
   你使用的Select((v, i) => v)是带索引的重载，这个操作会要求PLINQ严格维护原始序列的顺序——每个元素的索引必须和原始序列的位置对应。为了保证索引的正确性，PLINQ必须等待前面的元素处理完成后，才能为后续元素分配索引，这直接限制了并行执行的可能性，即使添加WithExecutionMode(ParallelExecutionMode.ForceParallelism)也无法完全解除这个限制。

2. FirstOrDefault的终止逻辑影响
   FirstOrDefault需要返回序列的第一个元素，在有序并行模式下，PLINQ必须确认前面所有元素都处理完成后，才能确定第一个元素的位置，导致只能串行处理前面的元素，无法同时启动多个任务。

3. PLINQ默认的启发式策略
   对于小规模数据集（如这里的10个元素），PLINQ默认会评估并行的开销是否大于收益，可能直接选择串行执行，避免线程调度的额外成本。

修复方案 #

方案1：移除无意义的带索引Select #

如果不需要使用元素索引，直接删除这个冗余的Select操作，同时显式指定无序并行：

var raw = Enumerable.Range(1, 10);

var candidates = raw.AsParallel()
    .WithExecutionMode(ParallelExecutionMode.ForceParallelism)
    .AsUnordered(); // 取消有序要求，最大化并行性

var p1 = candidates
    .SelectMany(
        ii =>
        {
            Debug.Log(">>>>>> " + ii);
            Thread.Sleep(1000);
            Debug.Log("<<<<<< " + ii);
            return new[] { ii };
        }
    );

var chosen = p1.FirstOrDefault();

方案2：保留Select但改用无索引版本 #

如果必须保留Select操作，替换为不带索引的版本，并配合无序并行配置：

var raw = Enumerable.Range(1, 10);

var candidates = raw.AsParallel()
    .WithExecutionMode(ParallelExecutionMode.ForceParallelism)
    .AsUnordered();

var p1 = candidates
    .SelectMany(ii =>
    {
        Debug.Log(">>>>>> " + ii);
        Thread.Sleep(1000);
        Debug.Log("<<<<<< " + ii);
        return new[] { ii };
    });

var p2 = p1.Select(v => v); // 使用不带索引的Select重载

var chosen = p2.FirstOrDefault();

修复后验证 #

执行上述修复后的代码，会看到多个>>>>>> x同时输出，总耗时约1秒，符合并行执行的预期，日志示例：

>>>>>> 1
>>>>>> 3
>>>>>> 2
>>>>>> 5
<<<<<< 1
<<<<<< 3
<<<<<< 2
...

更新情况说明 #

之前仅添加WithExecutionMode(ParallelExecutionMode.ForceParallelism)未解决问题，核心原因是带索引的Select仍强制有序并行，PLINQ无法完全并行处理所有元素，必须结合AsUnordered()和移除带索引操作才能彻底解决。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tribbloid