C# 并行编程 之 并发集合 (.Net Framework 4.0)(转)

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此文为个人学习《C#并行编程高级教程》的笔记，总结并调试了一些文章中的代码示例。 在以后开发过程中可以加以运用。

对于并行任务，与其相关紧密的就是对一些共享资源，数据结构的并行访问。经常要做的就是对一些队列进行加锁-解锁，然后执行类似插入，删除等等互斥操作。 .NetFramework 4.0 中提供了一些封装好的支持并行操作数据容器，可以减少并行编程的复杂程度。

基本信息

.NetFramework中并行集合的名字空间： System.Collections.Concurrent

并行容器：

• ConcurrentQueue
• ConcurrentStack
• ConcurrentBag ： 一个无序的数据结构集，当不需要考虑顺序时非常有用。
• BlockingCollection ： 与经典的阻塞队列数据结构类似
• ConcurrentDictionary

 

这些集合在某种程度上使用了无锁技术(CAS Compare-and-Swap和内存屏障 Memory Barrier)，与加互斥锁相比获得了性能的提升。但在串行程序中，最好不用这些集合，它们必然会影响性能。

 

关于CAS: 

• http://www.tuicool.com/articles/zuui6z
• http://www.360doc.com/content/11/0914/16/7656248_148221200.shtml

关于内存屏障

• http://en.wikipedia.org/wiki/Memory_barrier

用法与示例

ConcurrentQueue

其完全无锁，但当CAS面临资源竞争失败时可能会陷入自旋并重试操作。

 

• Enqueue：在队尾插入元素
• TryDequeue：尝试删除队头元素，并通过out参数返回
• TryPeek：尝试将对头元素通过out参数返回，但不删除该元素。

 

程序示例：

 

ConcurrentStack

其完全无锁，但当CAS面临资源竞争失败时可能会陷入自旋并重试操作。

• Push：向栈顶插入元素
• TryPop：从栈顶弹出元素，并且通过out 参数返回
• TryPeek：返回栈顶元素，但不弹出。

测试中一个有趣的现象：

 

虽然生产者已经在栈中插入值已经到了25，但消费者第一个出栈的居然是4，而不是25。很像是出错了。但仔细想想入栈，出栈和打印语句是两个部分，而且并不是原子操作，出现这种现象应该也算正常。

 

ConcurrentBag

一个无序的集合，程序可以向其中插入元素，或删除元素。

在同一个线程中向集合插入，删除元素的效率很高。

 

• Add：向集合中插入元素
• TryTake：从集合中取出元素并删除
• TryPeek：从集合中取出元素，但不删除该元素。

 

程序示例：

 

BlockingCollection

一个支持界限和阻塞的容器

 

• Add ：向容器中插入元素
• TryTake：从容器中取出元素并删除
• TryPeek：从容器中取出元素，但不删除。
• CompleteAdding：告诉容器，添加元素完成。此时如果还想继续添加会发生异常。
• IsCompleted：告诉消费线程，生产者线程还在继续运行中，任务还未完成。

 

示例程序：

 

程序中，消费者线程完全使用  while (!_TestBCollection.IsCompleted) 作为退出运行的判断条件。

在Worker1中，有两条语句被注释掉了，当i 为50时设置CompleteAdding，但当继续向其中插入元素时，系统抛出异常，提示无法再继续插入。

 

当然可以尝试在Work1中注释掉 CompleteAdding 语句，此时Work2陷入循环无法退出。

 

ConcurrentDictionary

对于读操作是完全无锁的，当很多线程要修改数据时，它会使用细粒度的锁。

• AddOrUpdate：如果键不存在，方法会在容器中添加新的键和值，如果存在，则更新现有的键和值。
• GetOrAdd：如果键不存在，方法会向容器中添加新的键和值，如果存在则返回现有的值，并不添加新值。
• TryAdd：尝试在容器中添加新的键和值。
• TryGetValue：尝试根据指定的键获得值。
• TryRemove：尝试删除指定的键。
• TryUpdate：有条件的更新当前键所对应的值。
• GetEnumerator：返回一个能够遍历整个容器的枚举器。