C#并行编程-并发集合

2019-11-17 02:56:54

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C#并行编程-并发集合

菜鸟学习并行编程，参考《C#并行编程高级教程.PDF》，如有错误，欢迎指正。

    class PRogram    {        private static object o = new object();        private static List<Product> _Products { get; set; }        /*  coder:释迦苦僧           *  代码中 创建三个并发线程 来操作_Products 集合         *  System.Collections.Generic.List 这个列表在多个线程访问下，不能保证是安全的线程，所以不能接受并发的请求，我们必须对ADD方法的执行进行串行化         */        static void Main(string[] args)        {            _Products = new List<Product>();            /*创建任务 t1  t1 执行 数据集合添加操作*/            Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            /*创建任务 t2  t2 执行 数据集合添加操作*/            Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            /*创建任务 t3  t3 执行 数据集合添加操作*/            Task t3 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            Task.WaitAll(t1, t2, t3);            Console.WriteLine(_Products.Count);            Console.ReadLine();        }        /*执行集合数据添加操作*/        static void AddProducts()        {            Parallel.For(0, 1000, (i) =>            {                Product product = new Product();                product.Name = "name" + i;                product.Category = "Category" + i;                product.SellPrice = i;                _Products.Add(product);            });        }    }    class Product    {        public string Name { get; set; }        public string Category { get; set; }        public int SellPrice { get; set; }    }

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代码中开启了三个并发操作，每个操作都向集合中添加1000条数据，在没有保障线程安全和串行化的运行下，实际得到的数据并没有3000条，结果如下：

为此我们需要采用Lock关键字，来确保每次只有一个线程来访问 _Products.Add(product); 这个方法，代码如下：

    class Program    {        private static object o = new object();        private static List<Product> _Products { get; set; }        /*  coder:释迦苦僧           *  代码中 创建三个并发线程 来操作_Products 集合         *  System.Collections.Generic.List 这个列表在多个线程访问下，不能保证是安全的线程，所以不能接受并发的请求，我们必须对ADD方法的执行进行串行化         */        static void Main(string[] args)        {            _Products = new List<Product>();            /*创建任务 t1  t1 执行 数据集合添加操作*/            Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            /*创建任务 t2  t2 执行 数据集合添加操作*/            Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            /*创建任务 t3  t3 执行 数据集合添加操作*/            Task t3 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            Task.WaitAll(t1, t2, t3);            Console.WriteLine("当前数据量为：" + _Products.Count);            Console.ReadLine();        }        /*执行集合数据添加操作*/        static void AddProducts()        {            Parallel.For(0, 1000, (i) =>            {                Product product = new Product();                product.Name = "name" + i;                product.Category = "Category" + i;                product.SellPrice = i;                lock (o)                {                    _Products.Add(product);                }            });        }    }    class Product    {        public string Name { get; set; }        public string Category { get; set; }        public int SellPrice { get; set; }    }

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但是锁的引入，带来了一定的开销和性能的损耗，并降低了程序的扩展性，在并发编程中显然不适用。

System.Collections.Concurrent

.NET Framework 4提供了新的线程安全和扩展的并发集合，它们能够解决潜在的死锁问题和竞争条件问题，因此在很多复杂的情形下它们能够使得并行代码更容易编写，这些集合尽可能减少需要使用锁的次数，从而使得在大部分情形下能够优化为最佳性能，不会产生不必要的同步开销。

需要注意的是：

线程安全并不是没有代价的，比起System.Collenctions和System.Collenctions.Generic命名空间中的列表、集合和数组来说，并发集合会有更大的开销。因此，应该只在需要从多个任务中并发访问集合的时候才使用并发几个，在串行代码中使用并发集合是没有意义的，因为它们会增加无谓的开销。

为此，在.NET Framework中提供了System.Collections.Concurrent新的命名空间可以访问用于解决线程安全问题，通过这个命名空间能访问以下为并发做好了准备的集合。

1.BlockingCollection 与经典的阻塞队列数据结构类似，能够适用于多个任务添加和删除数据，提供阻塞和限界能力。

2.ConcurrentBag 提供对象的线程安全的无序集合

3.ConcurrentDictionary 提供可有多个线程同时访问的键值对的线程安全集合

4.ConcurrentQueue 提供线程安全的先进先出集合

5.ConcurrentStack 提供线程安全的后进先出集合

这些集合通过使用比较并交换和内存屏障等技术，避免使用典型的互斥重量级的锁，从而保证线程安全和性能。

ConcurrentQueue

ConcurrentQueue是完全无锁的，能够支持并发的添加元素，先进先出。下面贴代码，详解见注释：

    class Program    {        private static object o = new object();        /*定义 Queue*/        private static Queue<Product> _Products { get; set; }        private static ConcurrentQueue<Product> _ConcurrenProducts { get; set; }        /*  coder:释迦苦僧           *  代码中 创建三个并发线程 来操作_Products 和 _ConcurrenProducts 集合，每次添加 10000 条数据 查看 一般队列Queue 和 多线程安全下的队列ConcurrentQueue 执行情况         */        static void Main(string[] args)        {            Thread.Sleep(1000);            _Products = new Queue<Product>();            Stopwatch swTask = new Stopwatch();            swTask.Start();            /*创建任务 t1  t1 执行 数据集合添加操作*/            Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            /*创建任务 t2  t2 执行 数据集合添加操作*/            Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            /*创建任务 t3  t3 执行 数据集合添加操作*/            Task t3 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddProducts();            });            Task.WaitAll(t1, t2, t3);            swTask.Stop();            Console.WriteLine("List<Product> 当前数据量为：" + _Products.Count);            Console.WriteLine("List<Product> 执行时间为：" + swTask.ElapsedMilliseconds);            Thread.Sleep(1000);            _ConcurrenProducts = new ConcurrentQueue<Product>();            Stopwatch swTask1 = new Stopwatch();            swTask1.Start();            /*创建任务 tk1  tk1 执行 数据集合添加操作*/            Task tk1 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddConcurrenProducts();            });            /*创建任务 tk2  tk2 执行 数据集合添加操作*/            Task tk2 = Task.Factory.StartNew(() =>            {                AddConcurrenProducts();            });            /*创建任务 tk3  tk3 执行 数据集合添加操作*/            Task

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