最大限度地降低多线程 C# 代码的复杂性

分支或多线程编程是编程时最难最对的事情之一。这是由于它们的并行性质所致,即要求采用与使用单线程的线性编程完全不同的思维模式。对于这个问题,恰当类比就是抛接杂耍表演者,必须在空中抛接多个球,而不要让它们相互干扰。这是一项重大挑战。然而,通过正确的工具和思维模式,这项挑战是能应对的。

本文将深入介绍我为了简化多线程编程和避免争用条件、死锁等其他问题而编写的一些工具。可以说,工具链以语法糖和神奇委托为依据。不过,引用伟大的爵士音乐家 Miles Davis 的话:“在音乐中,没有声音比有声音更重要。” 声音间断就产生了奇迹。

从另一个角度来说,不一定是关乎可以编码什么,而是关乎可以选择不编码什么,因为你希望通过间断代码行产生一点奇迹。引用 Bill Gates 的一句话:“根据代码行数来衡量工作质量就像通过重量来衡量飞机质量一样。” 因此,我希望能帮助开发人员减少编码量,而不是教导开发人员如何编写更多代码。

同步挑战

在多线程编程方面遇到的第一个问题是,同步对共享资源的访问权限。当两个或多个线程共享对某个对象的访问权限且可能同时尝试修改此对象时,就会出现这个问题。当 C# 首次发布时,lock 语句实现了一种基本方法,可确保只有一个线程能访问指定资源(如数据文件),且效果很好。C# 中的 lock 关键字很容易理解,它独自颠覆了我们对这个问题的思考方式。

不过,简单的 lock 存在一个主要缺陷:它不区分只读访问权限和写入访问权限。例如,可能要从共享对象中读取 10 个不同的线程,并且通过 System.Threading 命名空间中的 ReaderWriterLockSlim 类授权这些线程同时访问实例,而不导致问题发生。与 lock 语句不同,此类可便于指定代码是将内容写入对象,还是只从对象读取内容。这样一来,多个读取器可以同时进入,但在其他所有读写线程均已完成自己的工作前,拒绝任何写入代码访问。

现在的问题是:如果使用 ReaderWriterLock 类,语法就会变得很麻烦,大量的重复代码既降低了可读性,又随时间变化增加了维护复杂性,并且代码中通常会分散有多个 try 和 finally 块。即使是简单的拼写错误,也可能会带来日后有时极难发现的灾难性影响。 

通过将 ReaderWriterLockSlim 封装到简单的类中,这个问题瞬间解决,不仅重复代码不再会出现,而且还降低了小拼写错误毁一天劳动成果的风险。图 1 中的类完全基于 lambda 技巧。可以说,这就是对一些委托应用的语法糖(假设存在几个接口)。最重要的是,它在很大程度上有助于实现避免重复代码原则 (DRY)。

图 1:封装 ReaderWriterLockSlim

 1 public class Synchronizer<TImpl, TIRead, TIWrite> where TImpl : TIWrite, TIRead {
2 ReaderWriterLockSlim _lock = new ReaderWriterLockSlim ();
3 TImpl _shared;
4
5 public Synchronizer (TImpl shared) {
6 _shared = shared;
7 }
8
9 public void Read (Action<TIRead> functor) {
10 _lock.EnterReadLock ();
11 try {
12 functor (_shared);
13 } finally {
14 _lock.ExitReadLock ();
15 }
16 }
17
18 public void Write (Action<TIWrite> functor) {
19 _lock.EnterWriteLock ();
20 try {
21 functor (_shared);
22 } finally {
23 _lock.ExitWriteLock ();
24 }
25 }
26 }

图 1 中只有 27 行代码,但却精妙简洁地确保对象跨多个线程进行同步。此类假定类型中有读取接口和写入接口。如果由于某种原因而无法更改需要将访问权限同步到的基础类实现,也可以重复模板类本身三次,通过这种方式使用它。基本用法如图 2 所示。

图 2:使用 Synchronizer 类

 1 interface IReadFromShared {
2 string GetValue ();
3 }
4
5 interface IWriteToShared {
6 void SetValue (string value);
7 }
8
9 class MySharedClass : IReadFromShared, IWriteToShared {
10 string _foo;
11
12 public string GetValue () {
13 return _foo;
14 }
15
16 public void SetValue (string value) {
17 _foo = value;
18 }
19 }
20
21 void Foo (Synchronizer<MySharedClass, IReadFromShared, IWriteToShared> sync) {
22 sync.Write (x => {
23 x.SetValue ("new value");
24 });
25 sync.Read (x => {
26 Console.WriteLine (x.GetValue ());
27 })
28 }

在图 2 的代码中,无论有多少线程在执行 Foo 方法,只要执行另一个 Read 或 Write 方法,就不会调用 Write 方法。不过,可以同时调用多个 Read 方法,而不必在代码中分散多个 try/catch/finally 语句,也不必不断重复相同的代码。我在此郑重声明,通过简单字符串来使用它是没有意义的,因为 System.String 不可变。我使用简单的字符串对象来简化示例。

基本思路是,必须将所有可以修改实例状态的方法都添加到 IWriteToShared 接口中。同时,应将所有只从实例读取内容的方法都添加到 IReadFromShared 接口中。通过将诸如此类的问题分散到两个不同的接口,并对基础类型实现这两个接口,可使用 Synchronizer 类来同步对实例的访问权限。这样一来,将访问权限同步到代码的做法变得更简单,并且基本上可以通过更具声明性的方式这样做。

在多线程编程方面,语法糖可能会决定成败。调试多线程代码通常极为困难,并且创建同步对象的单元测试可能会是徒劳无功之举。

如果需要,可以创建只包含一个泛型参数的重载类型,不仅继承自原始 Synchronizer 类,还将它的一个泛型参数作为类型参数三次传递到它的基类。这样一来,就不需要读取接口或写入接口了,因为可以直接使用类型的具体实现。不过,这种方法要求手动处理需要使用 Write 或 Read 方法的部分。此外,虽然它的安全性稍差一点,但确实可便于将无法更改的类包装到 Synchronizer 实例中。

用于分支的 lambda 集合

迈出第一步来使用神奇的 lambda(或在 C# 中称为“委托”)后,不难想象,可以利用它们完成更多操作。例如,反复出现的常见多线程主题是,让多个线程与其他服务器联系,以提取数据并将数据返回给调用方。

最简单的例子就是,应用程序从 20 个网页读取数据,并在完成后将 HTML 返回给一个根据所有网页的内容创建某种聚合结果的线程。除非为每个检索方法都创建一个线程,否则此代码的运行速度比预期慢得多:99% 的所有执行时间可能会花在等待 HTTP 请求返回上。

在一个线程上运行此代码的效率很低,并且线程创建语法非常容易出错。随着你支持多个线程及其助理对象,挑战变得更严峻,开发人员不得不在编写代码时使用重复代码。意识到可以创建委托集合和用于包装这些委托的类后,便能使用一个方法调用来创建所有线程。这样一来,创建线程就轻松多了。

图 3 中的一段代码创建两个并行运行的此类 lambda。请注意,此代码实际上来自我的第一版 Lizzie 脚本语言的单元测试 (bit.ly/2FfH5y8)。

图 3:创建 lambda

 1 public void ExecuteParallel_1 () {
2 var sync = new Synchronizer<string, string, string> ("initial_");
3
4 var actions = new Actions ();
5 actions.Add (() => sync.Assign ((res) => res + "foo"));
6 actions.Add (() => sync.Assign ((res) => res + "bar"));
7
8 actions.ExecuteParallel ();
9
10 string result = null;
11 sync.Read (delegate (string val) { result = val; });
12 Assert.AreEqual (true, "initial_foobar" == result || result == "initial_barfoo");
13 }

仔细看看这段代码便会发现,计算结果并未假定我的两个 lambda 的执行存先后顺序。执行顺序并未明确指定,并且这些 lambda 是在不同的线程上执行。这是因为,使用图 3 中的 Actions 类,可以向它添加委托,这样稍后就能决定是要并行执行委托,还是按顺序执行委托。

为此,必须使用首选机制创建并执行许多 lambda。在图 3 中可以看到前面提到的 Synchronizer 类,用于同步对共享字符串资源的访问权限。不过,它对 Synchronizer 使用了新方法 Assign,我并未在图 1中的列表内为 Synchronizer 类添加此方法。Assign 方法使用前面 Write 和 Read 方法中使用的相同“lambda 技巧”。

若要研究 Actions 类的实现,请务必下载 Lizzie 版本 0.1,因为我在后面推出的版本中完全重写了代码,使之成为独立编程语言。

C# 中的函数式编程

大多数开发人员往往认为,C# 几乎与面向对象的编程 (OOP) 同义或至少密切相关,事实显然如此。不过,通过重新思考如何使用 C#,并深入了解它的各方面功能,解决一些问题就变得更加简单了。目前形式的 OOP 不太易于重用,原因很多是因为它是强类型。

例如,如果重用一个类,就不得不重用初始类引用的每个类(在两种情况下,类都是通过组合和继承进行使用)。此外,类重用还会强制重用这些第三方类引用的所有类等。如果这些类是在不同的程序集中实现,必须添加各种各样的程序集,才能获得对一个类型上单个方法的访问权限。

我曾经看过一个可以说明这个问题的类比:“虽然想要的是香蕉,但最终得到的是手拿香蕉的大猩猩,以及大猩猩所居住的热带雨林。” 将这种情况与使用更动态的语言(如 JavaScript)进行重用做比较,后者并不关心类型,只要它实现函数本身使用的函数即可。通过略微宽松类型方法生成的代码更灵活、更易于重用。委托可以实现这一点。

可使用 C# 来改善跨多个项目重用代码的过程。只需要理解函数或委托也可以是对象,并且可以通过弱类型方式控制这些对象的集合。

早在 2018 年 11 月发行的《MSDN 杂志》中,我发表过一篇标题为“使用符号委托创建你自己的脚本语言”的文章 (msdn.com/magazine/mt830373)。本文中提到的有关委托的思路是在这篇文章的基础之上形成。本文还介绍了 Lizzie,这是我的自制脚本语言,它的存在归功于这种以委托为中心的思维模式。如果我使用 OOP 规则创建了 Lizzie,我会认为,它在大小上可能至少大一个数量级。

当然,如今 OOP 和强类型处于主导地位,想要找到一个主要必需技能不要求它的职位描述,几乎是不可能的。我在此郑重声明,我创建 OOP 代码的时间已超过 25 年,所以,我与任何人一样都会因为对强类型有偏见而感到内疚。然而,如今我在编码方法上更加务实,对类层次结构的最终外观失去兴趣。

并不是我不欣赏外观精美的类层次结构,而是收益递减。添加到层次结构中的类越多,它就变得越臃肿,直到因不堪重压而崩溃。有时,卓越的设计只用很少的方法、更少的类和大多数松散耦合的函数,这样就可以轻松扩展代码,也就不需要“引入大猩猩和热带雨林”了。

回到本文反复出现的主题(从 Miles Davis 的音乐方法中获得灵感):少即是多(“没有声音比有声音更重要”)。 代码也不例外。间断代码行往往会产生奇迹,最佳解决方案的衡量依据更多是不编码什么,而不是编码什么。连傻瓜也可以将喇叭吹响,但只有为数不多的人才能用喇叭吹奏出音乐。像 Miles 这样能创造出奇迹的人就更少了。


 原文作者:Thomas Hansen

原文地址:Minimize Complexity in Multithreaded C# Code


本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/news/316588.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

CodeForces 1491G Switch and Flip(结论)

problem 洛谷链接 solution 弱化版&#xff1a;如果不考虑翻面&#xff0c;那就是转化为若干个环的问题了。 这里我们尝试用同样的思路解决。 首先明确几个硬币一次交换后的等价情况&#xff0c;如图&#xff08;灰色表示反面&#xff09; &#xff08;u→vu\rightarrow …

ASP.NET Core 借助 K8S 玩转容器编排

Production-Grade Container Orchestration - Automated container deployment, scaling, and management. 生产级别的容器编排系统——自动化的容器部署、扩展和管理。1. 引言由于最近在学习微服务&#xff0c;所以就基于之前docker的基础上把玩一下k8s&#xff08;Kubernetes…

CF1009E Intercity Travelling

CF1009E Intercity Travelling 题意&#xff1a; 有一段路程&#xff0c;路程可以看作是从0到n的一条直线 如果从起点出发或者从休息点出发&#xff0c;连续驾驶k千米&#xff0c;则需要消耗的体能为a1…ak 每个整点都有可能拥有一个休息点&#xff0c;每个休息点存在或者不存…

CodeForces 1396E Distance Matching(构造+树的重心+dfs+set)

problem 洛谷链接 solution 这种要求值和恰好为 kkk 的题目&#xff0c;一般要先明确值和的取值范围。 所以我们先来确定一下值和的最小值和最大值。 将一条路径拆成若干条边&#xff0c;单独计算每条边对路径的贡献。 假设一条边将树划分成 S,TS,TS,T 集合。因为 nnn 为…

程序员修神之路--

写在开始一般来说有两种策略用来在并发线程中进行通信&#xff1a;共享数据和消息传递。使用共享数据方式的并发编程面临的最大的一个问题就是数据条件竞争。处理各种锁的问题是让人十分头痛的一件事。传统多数流行的语言并发是基于多线程之间的共享内存&#xff0c;使用同步方…

Lawn of the Dead

Lawn of the Dead 题意&#xff1a; 有一个N * M的方格&#xff0c;我们从(1,1)出发&#xff0c;只能向右走或者向下走&#xff0c;存在一些障碍&#xff0c;问有多少格子是我们所能到达的 2<n,m,k<1e5 题解&#xff1a; 所有的点减去不能到达的点的个数&#xff0c;…

CodeForces 1622F Quadratic Set(结论+异或哈希+散列表)

problem 洛谷链接 solution 最后子集大小一定 ≥n−3\ge n-3≥n−3&#xff0c;下面考虑证明这个结论。 假设 n2kn2kn2k。 ∏i1n(i!)∏i1k(2i−1)!(2i)!∏i1k(((2i−1)!)22i)∏i1k((2i−1)!)2⋅∏i1k2i∏i1k((2i−1)!)2⋅2k⋅k!\prod_{i1}^n(i!)\prod_{i1}^{k}(2i-1)!(2i)!\…

.Netcore 2.0 Ocelot Api网关教程(8)- 缓存

Ocelot中使用 CacheManager 来支持缓存&#xff0c;官方文档中强烈建议使用该包作为缓存工具。以下介绍通过使用CacheManager来实现Ocelot缓存。1、通过Nuget添加 Ocelot.Cache.CacheManager 包在OcelotGetway项目中添加引用&#xff1a;2、修改 Startup 中的 ConfigureService…

Acwing 271. 杨老师的照相排列

Acwing 271. 杨老师的照相排列 题意&#xff1a; 有n个数分别是从1到n&#xff0c;现在排成k排&#xff0c;每排分别有Ci个数&#xff0c;要求每排每列的都是从小到大&#xff0c;问有多少种方案 题解&#xff1a; 因为每行每列都是单调的&#xff0c;因此我们可以从小到大…

CodeForces1477D Nezzar and Hidden Permutations(构造+调整+菊花图)

problem 洛谷链接 题意&#xff1a;给定 mmm 条形如 (u,v)(u,v)(u,v) 的限制&#xff0c;要求 au,ava_u,a_vau​,av​ 的相对大小关系与 bu,bvb_u,b_vbu​,bv​ 相同。 且尽可能减少 aibia_ib_iai​bi​ 的数量&#xff0c;输出 a,ba,ba,b 两个排列。 solution 我们考虑将…

Acwing 273. 分级

Acwing 273. 分级 题意&#xff1a; 给定一个长度为N的序列A&#xff0c;现在构造一个长度为N的序列B&#xff0c;满足&#xff0c;B是非严格单增。最小化S∑i1N∣Ai−Bi∣\sum_{i1}^{N}|A_i-B_i|∑i1N​∣Ai​−Bi​∣ 题解&#xff1a; 引理&#xff1a; 一定存在一组最优…

.NET Core 给使用.NET的公司所带来的机遇

今晚在余晟的微信公众号看到了一篇文章《从.NET/C#开发的“后继无人”说起》。 这篇文章以从.NET/C#开发的“后继无人” 引出了推广极客时间的课程 刘超的《趣谈Linux操作系统》&#xff0c;通篇看下来这明显是刘超的《趣谈Linux操作系统》的软文。软文地址&#xff1a;https:/…

AoCoder 1983 [AGC001E] BBQ Hard(组合数+dp)

problem 洛谷链接 solution ∑i1n∑ji1n(aibiajbjaiaj)∑i1n∑j1n(aibiajbjaiaj)−∑i1n(2(aibi)2ai)2\sum_{i1}^{n}\sum_{ji1}^n\binom{a_ib_ia_jb_j}{a_ia_j}\frac{\sum_{i1}^{n}\sum_{j1}^n\binom{a_ib_ia_jb_j}{a_ia_j}-\sum_{i1}^{n}\binom{2(a_ib_i)}{2a_i}}{2} i1∑n​…

Git Flow分支策略与Azure DevOps相关功能简介

想了很久&#xff0c;还是写这么一篇文章来总结一下有关分支策略和DevOps的一些内容吧。其实&#xff0c;DevOps相关的内容并不是我的工作范围&#xff0c;不过对于敏捷开发、DevOps、项目管理等等这一系列的与开发过程相关的内容&#xff0c;我还是有些经验的&#xff0c;也就…

AcWing 274. 移动服务

题意&#xff1a; 2<L<200 1<N<1000 题解&#xff1a; 一共就三个员工&#xff0c;我们可以在状态中记录三个员工的位置&#xff1b; 有&#xff1a;dp[i][x][y][z]:第i个工作完成后&#xff0c;三个员工的坐标分别是x&#xff0c;y&#xff0c;z&#xff0c;的最…

AtCoder 2000 [AGC002F] Leftmost Ball(dp+组合数)

problem 洛谷链接 solution 显然&#xff0c;合法序列的状态要求任何一个前缀的白色球数≥\ge≥已出现的不同颜色数。 所以可以将球分成白色球和有颜色球两类球分开放。 其次&#xff0c;有颜色球一类重要的是有颜色球第一个放的位置&#xff0c;因为这会影响到前缀颜色数…

NSwag 和 ASP.NET Core

NSwag 提供了下列功能&#xff1a;能够使用 Swagger UI 和 Swagger 生成器。灵活的代码生成功能。借助 NSwag&#xff0c;无需使用现有 API。也就是说&#xff0c;可使用包含 Swagger 的第三方 API&#xff0c;并生成客户端实现。 使用 NSwag&#xff0c;可以加快开发周期&…

Acwing 276. I-区域

Acwing 276. I-区域 题意&#xff1a; 在 NM 的矩阵中&#xff0c;每个格子有一个权值&#xff0c;要求寻找一个包含 K 个格子的凸连通块&#xff08;连通块中间没有空缺&#xff0c;并且轮廓是凸的&#xff09;&#xff0c;使这个连通块中的格子的权值和最大。 注意&#xf…

中心城镇问题(长链剖分优化树形dp)

problem 给定 nnn 个城市&#xff0c;n−1n-1n−1 条道路&#xff0c;形成一棵树。每座城市上的人口为 wiw_iwi​。 现要修建若干个中心城镇&#xff0c;满足任意两个中心城镇之间的距离严格大于 kkk。 最大化中心城镇的总人口。 n,k≤106,wi≤109n,k\le 10^6,w_i\le 10^9n,…

开源Dapper的Lambda扩展-Sikiro.Dapper.Extension V2.0

去年我在业余时间&#xff0c;自己整了一套dapper的lambda表达式的封装&#xff0c;原本是作为了一个个人的娱乐项目&#xff0c;当时也只支持了Sql Server数据库。随之开源后&#xff0c;有不少朋友也对此做了试用&#xff0c;也对我这个项目提出了不少的建议。因此我在最近公…