二维数组连续重复元素搜索性能优化方案咨询

我编写了一段C#代码，用于在二维数组中查找行或列内连续3个重复的元素，包含SearchInRows和SearchInCols两个方法，代码运行正常。后续我会在循环中反复调用这两个方法并修改数组，现咨询是否可通过Task.Run等方式优化代码性能。

原代码 #

private static bool SearchInRows(int[,] matrix)
{
    int count = 1;
    int repeatElement = int.MaxValue;

    //Search in rows
    for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
    {
        repeatElement = matrix[i, 0];

        for (int j = 1; j < matrix.GetLength(1); j++)
        {
            if (repeatElement == matrix[i, j])
            {
                count++;
                if (count >= 3)
                {
                    Console.WriteLine($"Repeated elements are in positions i:{i}, j:{j - 2}, {j - 1}, {j}");
                    return true;
                }
            }
            else
            {
                repeatElement = matrix[i, j];
                count = 1;
            }
        }
    }
    return false;
}

private static bool SearchInCols(int[,] matrix)
{
    int count = 1;
    int repeatElement = int.MaxValue;

    //Search in cols
    for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++)
    {
        repeatElement = matrix[0, j];

        for (int i = 1; i < matrix.GetLength(0); i++)
        {
            if (repeatElement == matrix[i, j])
            {
                count++;
                if (count >= 3)
                {
                    Console.WriteLine($"Repeated elements are in positions j:{j}, i:{i-2}, {i-1}, {i}");
                    return true;
                }
            }
            else
            {
                repeatElement = matrix[i, j];
                count = 1;
            }
        }
    }
    return false;
}

后续计划执行的逻辑 #

while (!SearchInRows(matrix) && !SearchInCols(matrix))
{
    SearchInRows(matrix);
    SearchInCols(matrix);
    //modify the matrix
}

优化方案：用Task.Run实现并行查找 #

可以通过并行执行行和列的查找任务来提升性能，但需要注意以下几点：

• 任务独立性：SearchInRows和SearchInCols仅读取数组，不修改内容，因此可以安全地并行执行，将两次查找的时间重叠。
• 提前终止逻辑：原逻辑中只要任意一个方法返回true就停止循环，并行时可以用Task.WhenAny获取先完成的任务，一旦发现有结果返回true，即可终止流程。
• 线程安全的输出：原方法中直接调用Console.WriteLine，并行时多个任务同时写控制台会导致输出混乱，建议将结果（是否找到、位置信息）封装后返回，在主线程统一输出。
• 数组修改的同步：修改数组前必须确保所有查找任务都已完成，避免读取和修改操作冲突。

优化后的代码示例

首先，定义一个结构体封装查找结果：

public struct SearchResult
{
    public bool Found { get; set; }
    public string Message { get; set; }
}

修改查找方法，返回SearchResult而不是直接输出：

private static SearchResult SearchInRows(int[,] matrix)
{
    int count = 1;
    int repeatElement = int.MaxValue;

    for (int i = 0; i < matrix.GetLength(0); i++)
    {
        repeatElement = matrix[i, 0];

        for (int j = 1; j < matrix.GetLength(1); j++)
        {
            if (repeatElement == matrix[i, j])
            {
                count++;
                if (count >= 3)
                {
                    return new SearchResult
                    {
                        Found = true,
                        Message = $"Repeated elements are in positions i:{i}, j:{j - 2}, {j - 1}, {j}"
                    };
                }
            }
            else
            {
                repeatElement = matrix[i, j];
                count = 1;
            }
        }
    }
    return new SearchResult { Found = false };
}

private static SearchResult SearchInCols(int[,] matrix)
{
    int count = 1;
    int repeatElement = int.MaxValue;

    for (int j = 0; j < matrix.GetLength(1); j++)
    {
        repeatElement = matrix[0, j];

        for (int i = 1; i < matrix.GetLength(0); i++)
        {
            if (repeatElement == matrix[i, j])
            {
                count++;
                if (count >= 3)
                {
                    return new SearchResult
                    {
                        Found = true,
                        Message = $"Repeated elements are in positions j:{j}, i:{i-2}, {i-1}, {i}"
                    };
                }
            }
            else
            {
                repeatElement = matrix[i, j];
                count = 1;
            }
        }
    }
    return new SearchResult { Found = false };
}

修改循环逻辑，并行执行查找任务：

while (true)
{
    // 并行启动行、列查找任务
    var rowTask = Task.Run(() => SearchInRows(matrix));
    var colTask = Task.Run(() => SearchInCols(matrix));

    // 等待任意一个任务完成
    var completedTask = await Task.WhenAny(rowTask, colTask);
    var result = completedTask.Result;

    // 如果找到重复元素，输出结果并终止循环
    if (result.Found)
    {
        Console.WriteLine(result.Message);
        // 等待另一个任务自然结束（可选，避免后台任务残留）
        await Task.WhenAll(rowTask, colTask);
        break;
    }

    // 两个任务都未找到，等待全部完成后再修改数组
    await Task.WhenAll(rowTask, colTask);

    // modify the matrix
}

注意事项 #

• 性能收益场景：当数组规模较大时，并行查找的收益才明显；如果数组很小，任务调度的开销可能反而会降低性能。
• 取消任务（可选）：如果需要更精细的控制，可以使用CancellationToken来取消未完成的任务，避免不必要的计算。
• 线程安全：确保数组在查找过程中不会被修改，必须等所有查找任务完成后再执行修改操作。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Palamar66