浅谈C#之ConcurrentQueue

一、基本介绍

ConcurrentQueue<T> 是一个线程安全的队列,它允许多个线程同时对队列进行操作而不会相互干扰。它是 System.Collections.Concurrent 命名空间下的一个类,提供了基本的队列操作,如 Enqueue(入队)、TryDequeue(尝试出队)、TryPeek(尝试查看队首元素)等,并且是线程安全的。

二、关键特性

线程安全:不需要额外的同步机制,就可以在多线程环境中安全地使用。

无锁:内部使用原子操作来保证线程安全,通常比使用锁有更好的性能。

阻塞操作 :虽然 ConcurrentQueue<T> 本身不提供阻塞操作,但可以与其他同步原语(如 SemaphoreSlimCancellationToken)结合使用来实现阻塞行为

三、简单示例

cs 复制代码
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        ConcurrentQueue<int> queue = new ConcurrentQueue<int>();
        CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

        // 生产者线程
        Task producer = Task.Run(() =>
        {
            for (int i = 0; i < 10; i++)
            {
                queue.Enqueue(i);
                Console.WriteLine($"Produced: {i}");
                Thread.Sleep(100); // 模拟工作
            }
        }, cts.Token);

        // 消费者线程
        Task consumer = Task.Run(() =>
        {
            while (!cts.Token.IsCancellationRequested)
            {
                if (queue.TryDequeue(out int item))
                {
                    Console.WriteLine($"Consumed: {item}");
                }
                else
                {
                    Thread.Yield(); // 让出 CPU 时间片
                }
            }
        }, cts.Token);

        // 等待一段时间,然后取消任务
        Thread.Sleep(1500);
        cts.Cancel();

        Task.WaitAll(producer, consumer);
    }
}

四、完整示例

1.与 BlockingCollection<T> 结合使用

BlockingCollection<T> 是一个线程安全的集合,提供了数据结构和同步原语的组合,可以与 ConcurrentQueue<T> 结合使用来实现生产者-消费者模式。

cs 复制代码
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        BlockingCollection<int> blockingCollection = new BlockingCollection<int>(new ConcurrentQueue<int>(), 10);

        Task producer = Task.Run(() =>
        {
            for (int i = 0; i < 20; i++)
            {
                blockingCollection.Add(i);
                Console.WriteLine($"Produced: {i}");
                Thread.Sleep(100);
            }
            blockingCollection.CompleteAdding();
        });

        Task consumer = Task.Run(() =>
        {
            foreach (var item in blockingCollection.GetConsumingEnumerable())
            {
                Console.WriteLine($"Consumed: {item}");
                Thread.Sleep(150);
            }
        });

        Task.WaitAll(producer, consumer);
    }
}

2. 使用 CancellationToken 实现优雅的取消

ConcurrentQueue<T> 可以与 CancellationToken 结合使用,以实现任务的优雅取消。

cs 复制代码
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        ConcurrentQueue<int> queue = new ConcurrentQueue<int>();
        CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();

        Task producer = Task.Run(() =>
        {
            for (int i = 0; i < 20; i++)
            {
                if (cts.Token.IsCancellationRequested)
                {
                    Console.WriteLine("Cancellation requested");
                    return;
                }
                queue.Enqueue(i);
                Console.WriteLine($"Produced: {i}");
                Thread.Sleep(100);
            }
        }, cts.Token);

        Task consumer = Task.Run(() =>
        {
            while (!cts.Token.IsCancellationRequested)
            {
                if (queue.TryDequeue(out int item))
                {
                    Console.WriteLine($"Consumed: {item}");
                }
                else
                {
                    Thread.Yield();
                }
            }
        }, cts.Token);

        Thread.Sleep(1500);
        cts.Cancel();

        Task.WaitAll(producer, consumer);
    }
}

SemaphoreSlim 实现并发控制

SemaphoreSlim 可以与 ConcurrentQueue<T> 结合使用,以控制同时访问资源的线程数量。

cs 复制代码
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        ConcurrentQueue<int> queue = new ConcurrentQueue<int>();
        SemaphoreSlim semaphore = new SemaphoreSlim(3);

        Task producer = Task.Run(() =>
        {
            for (int i = 0; i < 20; i++)
            {
                semaphore.Wait();
                queue.Enqueue(i);
                Console.WriteLine($"Produced: {i}");
                Thread.Sleep(100);
                semaphore.Release();
            }
        });

        Task consumer = Task.Run(() =>
        {
            while (!queue.IsEmpty)
            {
                semaphore.Wait();
                if (queue.TryDequeue(out int item))
                {
                    Console.WriteLine($"Consumed: {item}");
                    Thread.Sleep(150);
                }
                semaphore.Release();
            }
        });

        Task.WaitAll(producer, consumer);
    }
}

使用 IProducerConsumerCollection<T> 接口

ConcurrentQueue<T> 实现了 IProducerConsumerCollection<T> 接口,这使得它可以与任何需要这种接口的 API 一起使用。

cs 复制代码
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        IProducerConsumerCollection<int> collection = new ConcurrentQueue<int>();

        Task producer = Task.Run(() =>
        {
            for (int i = 0; i < 20; i++)
            {
                collection.TryAdd(i);
                Console.WriteLine($"Produced: {i}");
                Thread.Sleep(100);
            }
        });

        Task consumer = Task.Run(() =>
        {
            while (collection.TryTake(out int item))
            {
                Console.WriteLine($"Consumed: {item}");
                Thread.Sleep(150);
            }
        });

        Task.WaitAll(producer, consumer);
    }
}
相关推荐
Evand J2 分钟前
【MATLAB例程】AOA与TDOA混合定位例程,适用于三维环境、4个锚点的情况,附下载链接
开发语言·matlab
机器视觉知识推荐、就业指导2 分钟前
Qt 与Halcon联合开发八: 结合Qt与Halcon实现海康相机采图显示(附源码)
开发语言·数码相机·qt
Heartoxx30 分钟前
c语言-指针与一维数组
c语言·开发语言·算法
hqxstudying32 分钟前
Java创建型模式---原型模式
java·开发语言·设计模式·代码规范
charlie1145141911 小时前
如何使用Qt创建一个浮在MainWindow上的滑动小Panel
开发语言·c++·qt·界面设计
神仙别闹1 小时前
基于Python实现LSTM对股票走势的预测
开发语言·python·lstm
小老鼠爱大米1 小时前
C# WPF - Prism 学习篇:搭建项目(一)
c#·wpf·prism
chao_7892 小时前
回溯题解——子集【LeetCode】二进制枚举法
开发语言·数据结构·python·算法·leetcode
尘世闲鱼4 小时前
解数独(C++版本)
开发语言·c++·算法·解数独