.Net 4.0并行库实用性演练(续)

　　接着上一次说，即使用了新的线程安全的集合BlockingCollection，这段代码还是会有问题。

    static void testFillParallel()
    {
        var list = new BlockingCollection<Person>(9999);
        Enumerable.Range(1, 99999).AsParallel().ForAll(n =>
        {
            var name = "Person " + n % 9;
            if (list.Count(p => p.Name == name) < 1) list.Add(new Person { Id = n, Name = name });
        });
        Console.WriteLine("Person's count is {0}", list.Count);
    }

　　代码逻辑就是根据序号生成一个名字，并将名字不重复的人加入集合中。显然，最后集合中应该有9个人，应该很简单吧。执行一下，请看结果：

　　可见，绝大多数结果都是正确，只有两次执行出现了异常，在正式系统运行中，这可是要命的两条！难道是BlockingCollection的问题吗？细想不太可能，微软怎么也不会漏过这么明显的设计问题，实际上是自己对线程安全认识不准确。集合元素之所以偶尔会多一个，是这样的情况：线程A抢先一步，占住集合判断是否存在这个人名，线程B被BlockingCollection拦在外面；A发现集合中查无此人，正想加一个，然而不知怎么回事，它没马上继续，就好像龟兔赛跑，兔子要到终点了，做了个白日梦，梦一醒自己成了老二。B趁机赶上，正好锁也解了，碰巧它查的人也没有，一鼓作气跑完全程。这时A跑了一大半，岂肯甘心，赖皮着到终点，不管三七二十一，有没有和B刚才加的重复，硬把自己塞了进去。

　　这样理解，也容易解释，第一次执行出现异常结果概率很高，因为开始时线程间步调几乎完全一致，刚才故事的前半段最有可能上演。另外条件判断时间越久，异常结果出现概率越小，比如把name = "Person " + n % 9改成name = "Person " + n % 50，这时A就是做白日梦，B也全力追赶，无奈前面被落后太多，一千次中只有一两次结果异常。

　　其实System.Collections.ConCurrent命名空间底下的类，只对多线程环境下的某次访问保证健壮性，却不能保证多线程下，作为业务对象的业务操作的准确性，实际上也无法做到。然而话说回来，我们使用这些类，是让它们在凶险的多线程战场上，为我们奋勇杀敌，而不是明哲保身的。如果业务出错了，仗都打输了，集合再线程安全亦无济于事。所以，不要让线程安全误导我们，要着眼在业务上，业务安全实现了，自然线程安全自然不在话下。

　　现在要解决结果异常，自然又想到了老办法—上锁，先保证万无一失。显然，并行集合也不必上场了，还是用List。为了接近真实场景，将集合最大元素数目提高到999，这样在判断新元素是否重复是要花较多时间，取代Thread.Sleep(1)，代码如下：

    static void testFillParallel()
    {
        var list = new List<Person>(999);
        var L = new object();
        Enumerable.Range(1, 9999).AsParallel().ForAll(n =>
        {
            var name = "Person " + n % 999;
            lock (L)
            {
                if (list.Count(p => p.Name == name) < 1) list.Add(new Person { Id = n, Name = name });
            }
        });
        Console.WriteLine("Person's count is {0}", list.Count);
    }

　　测试结果如下：

次数	1	2	3	4
Fill 方法	304	292	291	292
FillParallel 方法	340	298	296	297

　　可见，虽然运用并行方式，也保证每个迭代有一定的执行时间，虽然加锁可以保证结果正确，但大多数时候，只有一个线程能进行工作，其他线程再多也只能等待，实际上还不如单线程，也失去了并行运算的意义。

　　学习.Net4.0 的并行库并非我们的目的，我们目的是解决现实的问题。解决关键，还是在锁上。锁是把双刃剑，我们要让线程占用锁时间尽可能短。在填加集合时，加锁没办法避免，但只是为遍历集合而加锁，好像是种浪费。根据三级锁协议，应该允许多个只读操作同时进行，可是实现IEnumerable的集合，都不允许在遍历访问时修改集合，既然如此，我们自己搞一个集合副本，只作判断用，如果原集合更新，副本也随之更新，不是就能解决同时遍历的问题了吗？

　　试验代码：

    static void testFill()
    {
        var list = new List<Person>(999);
        var L = new object();
        Enumerable.Range(1, 9999).ToList().ForEach(n =>
        {
            var name = "Person " + n % 999;
            if (list.Count(p => p.Name == name) < 1) list.Add(new Person { Id = n, Name = name });
        });
        Console.WriteLine("Person's count is {0}", list.Count);
    }

    static void testFillParallel()
    {
        var list = new List<Person>(999);
        var L = new object();
        var resultCopy = new Person[999];
        bool hasNewMember = false;
        Enumerable.Range(1, 9999).AsParallel().ForAll(n =>
        {
            var name = "Person " + n % 999;
            if (resultCopy.Count(p => p!=null && p.Name == name) < 1)
            {
                lock (L)
                {
                    // 如果有新成员，要再判断一遍
                    if (hasNewMember)
                    {
                        if (resultCopy.Count(p => p != null && p.Name == name) > 0) return;
                        hasNewMember = false;
                    }
                    list.Add(new Person { Id = n, Name = name });
                    list.CopyTo(resultCopy);
                    hasNewMember = true;
                }
            }
        });
        Console.WriteLine("Person's count is {0}", list.Count);
    }

　　试验结果(单位ms)：

次数	1	2	3	4
Fill 方法(和上次一样)	309	291	292	292
FillParallel 方法	210	166	165	166

　　看来，自己总算写了第一段能发挥并行运算的代码。

　　当然，最后代码还有很多可改进的地方，比如list.CopyTo方法，还有发现有新成员后第二次判断，向让性能与CPU核数正比的目标努力。

　　还有，那个if(...){ lock(...) { if(...) { 的语句，跟单例模式的一种普遍实现很像，单例模式也是多线程环境下一种设计模式，也许其中有些异曲同工之处吧。

    static void testFillParallel ()

    {

        var list = new BlockingCollection<Person>(9999);

        Enumerable.Range(1, 9999).AsParallel().ForAll(n =>

        {

            var name = "Person " + n % 9;

            if (list.Count(p => p.Name == name) < 1) list.Add(new Person { Id = n, Name = name });

        });

        Console.WriteLine("Person's count is {0}", list.Count);

    }