C#多线程开发-使用并发集合

前言

大家好，我是阿辉。

在C#语言中当需要处理并发的场景时，就需要程序员使用最合理的数据结构。那么哪些数据结构是支持和可以在并行计算中被使用的呢。

首先这些数据结构具备可伸缩性，尽可能地避免锁(会造成多个线程的等待，防止资源竞争)，同时还能提供线程安全的访问。

在.NET Framework4.0中引入了System.Collections.Concurrent命名空间，其中就包含几个数据结构。

ConcurrentQueus
ConcurrentDictionary
ConcurrentStack
ConcurrentBag
BlockingCollect

那么接下来，我们来看看这些支持并行计算的数据结构到底应该如何使用！

ConcurrentQueus

该集合使用了原子的比较和交换(CAS)，以及SpinWait来保持线程安全。

它实现了一个先进先出(First In First Out简称FIFO)的集合。元素的出队列和加入队列的顺序是一致的。

Enqueus()： 向队列中加入元素。

TryDequeus(): 取出队列中的第一个元素，此时队里无此元素。

TryPeek(): 得到第一个元素但并不从队列中删除该元素。

ConcurrentStack

此集合在实现层也没有加入任何锁，只采用了CAS操作。

它是一个后进后出（Last In First Out,简称LIFO）集合，最近添加的元素先出去(类比为栈)。

Push()和PushRange(): 给该集合添加元素。

TryPop()和TryPopRange(): 从该集合获取元素。

TryPeek(): 检查元素。

ConcurrentBag

该集合是一个支持重复元素的无序集合，专门针对下面多个线程工作时，集合进行了优化。每个线程产生和消费自己的任务，极少与其他线程的任何交互（若需要使用交互，则必须使用锁操作）。

Add(): 添加元素。

TryPeek(): 检查元素。

TryTake()： 获取元素。

ConcurrentDictionary

是一个线程安全的字典集合。其中读操作无需使用锁，写操作需要使用锁。

该并发字典使用多个锁，在字典之上实现一个细粒度的锁模型。其中使用concurrencyLevel可以在构造函数中定义锁的数量，那么说意味着预估的线程数量将并发地更新该字典。

由于并发字典使用锁，所以一些操作需要获取该字典中的所有锁。若是在编程过程中，没有必要则不要调用下面方法：Count,IsEmpty,Keys,Values,CopyTo及ToArray。

BlockingCollection

该集合是对泛型接口IProducerConsumerCollection实现的一个高级封装。其中有很多管道场景，即当你有一些操作需要使用之前计算的结果。

BlockingCollection支持如下功能：

分块
调整内部集合容量
取消集合操作
从多个块集合中获取元素

Demo

在单线程的环境中使用通用字典与使用通用字典的性能。

使用ConcurrentDictionary

class Program{const string Item = "";public static string CurrentItem;static void Main(string[] args){var concurrentDicrionary=new ConcurrentDictionary<int ,string>();var dictionary=new Dictionary<int ,string>();var sw = new Stopwatch();sw.Start();for (int i = 0; i < 1000000; i++){lock(dictionary){dictionary[i]=Item;}}sw.Stop();Console.WriteLine("写dictionary的时间"+sw.Elapsed);sw.Restart();for (int i = 0; i < 1000000; i++){concurrentDicrionary[i] = Item;}sw.Stop();Console.WriteLine("写并发集合concurrentDicrionary的时间：" + sw.Elapsed);sw.Restart();for (int i = 0; i < 1000000; i++){lock(dictionary){CurrentItem = dictionary[i];}}sw.Stop();Console.WriteLine("读dictionary的时间" + sw.Elapsed);sw.Restart();for (int i = 0; i < 1000000; i++){CurrentItem=concurrentDicrionary[i];}sw.Stop();Console.WriteLine("读并发集合concurrentDicrionary的时间：" + sw.Elapsed);Console.ReadKey();}}