并发集合 System.Collections.Concurrent
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一、概述
System.Collections.Concurrent 命名空间提供多个线程安全集合类。
当有多个线程并发访问集合时,应使用这些类代替 System.Collections 和 System.Collections.Generic 命名空间中的对应类型。
为了对集合进行线程安全的访问,定义了 IProducerConsumerCollection接口。这个接口中最重 要的方法是TryAdd()和TryTake()。
- TryAdd()方法尝试给集合添加一项,但如果集合禁止添加项,这个操作就可能失败。为了给出相关信息,TryAdd()方法返回一个布尔值,以说明操作是成功还是失败。
- TryTake()方法也以这种方式工作,以通知调用者操作是成功还是失败,并在操作成功时返回集合中的项
二、空间中包含的类
ConcurrentXXX :这些集合是线程安全的,如果某个动作不适用于线程的当前状态,它们就返回false。在继续之前,总是霈要确认添加或提取元素是否成功。不能相信集合会完成任务。
1、ConcurrentQueue 队列
这个集合类用一种免锁定的算法实现,使用在内部合并到一个链表中的32项数组。
访问队列元素的方法有Enqueue()、TryDequeue()和TryPeek()。这些方法的命名非常类似于前面Queue类的方法,只是给可能调用失败的方法加上了前缀Try。
因为这个类实现了IProducerConsumerCollection接口,所以 TryAdd()和 TryTake()方法仅调用 Enqueue()和 TryDequeue()方法。
ConcurrentQueue<byte> queue = new ConcurrentQueue<byte>(); queue.Enqueue(0x01); queue.TryDequeue( out var data);//0x01 queue.TryDequeue(out var data2);//0x00 queue.Enqueue(0x02); queue.TryPeek(out var data3);//0x02 queue.TryPeek(out var data4);//0x02,without removing it
2、ConcurrentStack 堆栈
非常类似于ConcurrentQueue类,只是带有另外的元素访问方法。
ConcurrcntStack类定义了 Push()、PushRange()、TryPeek()、TiyPop()和 TryPopRange() 方法。在内部这个类使用其元素的链表。
ConcurrentStack<byte> stack = new ConcurrentStack<byte>(); stack.Push(0x01); stack.PushRange(new byte[] { 0x02, 0x03, 0x04}); stack.TryPeek(out var data1);//0x04 stack.TryPeek(out var data2);//0x04 stack.TryPeek(out var data3);//0x04 stack.TryPop(out var data4);//0x04 stack.TryPop(out var data5);//0x03 byte[] arr = new byte[5]; stack.TryPopRange(arr);//0x02,0x01,0x00,0x00,0x00
3、ConcurrentBag 包
该类没有定义添加或提取项的任何顺序。这个类使用一个把线程映射到内部使用的数组上的概念,因此尝试减少锁定。
访问元素的方法有Add()、TryPeek()和 TryTake()。
ConcurrentBag<byte> bag = new ConcurrentBag<byte>(); bag.Add(0x01); bag.Add(0x02); bag.Add(0x03); bag.TryPeek(out var data1);//0x03 bag.TryPeek(out var data2);//0x03 bag.TryTake(out var data3);//0x03 bag.TryTake(out var data4);//0x02
4、ConcurrentDictionary<tkey, tvalue=""> 字典
——这是一个线程安全的键值集合。
TryAdd()、TryGetValue()、TryRemove()和TryUpdate()方法以非阻塞的方式访问成员。
因为元素基于键和值, 所以 ConcurrentDictionary<tkey,tvalue>没有实现 IProducerConsumerCollection。
ConcurrentDictionary<string, int> dic = new ConcurrentDictionary<string, int>(); dic.TryAdd("one", 1); dic.TryAdd("two", 2); dic.TryAdd("three", 3); dic.TryAdd("three", 4); var data1= dic.GetOrAdd("one", 3);//0x01 var data2= dic.AddOrUpdate("one", 3, (key, value) => { return value + 1; });//0x02
5、BlockingCollection 集合
这个集合在可以添加或提取元素之前,会阻塞线程并一直等待。
BlockingCollection集合提供了一个接口,以使用Add()和Take()方法来添加和删除元素。 这些方法会阻寒线程,一直等到任务可以执行为止。
Add()方法有一个重载版本,其中可以给该重载版本传递一个CancellationToken令牌。
这个令牌允许取消被阻塞的调用。如果不希望线程无限期地等待下去,且不希望从外部取消调用,就可以使用TryAdd()和 TryTake()方法,在这些方法中,也可以指定一个超时值,它表示在调用失败之前应阻塞线程和等待的最长时间。
这是对实现了 IProducerConsumerCollection接口的任意类的修饰器,它默认使用ConcurrentQueue类。
还可以给构造函数传递任何其他实现了 IProducerConsumerCollection 接口的类。
下面的代码示例简单演示了使用BlockingCollection类和多个线程的过程。
一个线程是生成器,它使用Add()方法给集合写入元素,另一个线程是使用者,它使用Take()方法从集合中提取元素:
static void Main(string[] args) { BlockingCollection<int> collection = new BlockingCollection<int>(); var producer = Task.Run(() => { Enumerable.Range(1, 100).ToList().ForEach(r => { collection.Add(r); Console.WriteLine($"set {r};{Environment.TickCount}"); }); }).GetAwaiter(); var consumer = Task.Run(() => { while (true) { var IsDequeue = collection.TryTake(out int item, 1000); if (IsDequeue) { Console.WriteLine($"get {item};{Environment.TickCount}"); } else { Console.WriteLine($"get null;{Environment.TickCount}"); } } }).GetAwaiter(); consumer.GetResult(); producer.GetResult(); Console.Read(); }