多线程并发集合

       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。

• ConcurrentQueue：提供线程安全的先进先出集合
• ConcurrentDictionary：提供可有多个线程同时访问的键值对的线程安全集合
• ConcurrentStack：提供线程安全的后进先出集合
• ConcurrentBag：提供对象的线程安全的无序集合
• BlockingCollect：与经典的阻塞队列数据结构类似，能够适用于多个任务添加和删除数据，提供阻塞和限界能力。

.NET Framework 4提供了新的线程安全和扩展的并发集合，它们能够解决潜在的死锁问题和竞争条件问题，因此在很多复杂的情形下它们能够使得并行代码更容易编写，这些集合尽可能减少需要使用锁的次数，从而使得在大部分情形下能够优化为最佳性能，不会产生不必要的同步开销。

需要注意的是：

线程安全并不是没有代价的，比起System.Collenctions和System.Collenctions.Generic命名空间中的列表、集合和数组来说，并发集合会有更大的开销。因此，应该只在需要从多个任务中并发访问集合的时候才使用并发几个，在串行代码中使用并发集合是没有意义的，因为它们会增加无谓的开销。

为此，在.NET Framework中提供了System.Collections.Concurrent新的命名空间可以访问用于解决线程安全问题，通过这个命名空间能访问以下为并发做好了准备的集合。

下面看代码，代码中并没有实现线程安全和串行化：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConcurrentDemo
{
    class Program
    {
        private static List<Student> students;
        static void Main(string[] args)
        {
            students = new List<Student>();
            /*创建任务 t1  t1 执行 数据集合添加操作*/
            Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            /*创建任务 t2  t2 执行 数据集合添加操作*/
            Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            /*创建任务 t3  t3 执行 数据集合添加操作*/
            Task t3 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            Task.WaitAll(t1, t2, t3);
            Console.WriteLine(students.Count);
            Console.ReadLine();
        }

        static void AddStudent()
        {
            Parallel.For(0, 1000, (i) =>
            {
                Student student = new Student();
                student.Id = i;
                student.Name = "name" + i;
                students.Add(student);
            });
        }
    }

    class Student
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Name { get; set; }
    }
}

代码中开启了三个并发操作，每个操作都向集合中添加1000条数据，在没有保障线程安全和串行化的运行下，实际得到的数据并没有3000条，结果如下：

 为此我们需要采用Lock关键字，来确保每次只有一个线程来访问  students.Add(student); 这个方法，代码如下：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConcurrentDemo
{
    class Program
    {
        private static object obj = new object();
        private static List<Student> students;
        static void Main(string[] args)
        {
            students = new List<Student>();
            /*创建任务 t1  t1 执行 数据集合添加操作*/
            Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            /*创建任务 t2  t2 执行 数据集合添加操作*/
            Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            /*创建任务 t3  t3 执行 数据集合添加操作*/
            Task t3 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            Task.WaitAll(t1, t2, t3);
            Console.WriteLine(students.Count);
            Console.ReadLine();
        }

        static void AddStudent()
        {
            Parallel.For(0, 1000, (i) =>
            {
                Student student = new Student();
                student.Id = i;
                student.Name = "name" + i;
                lock (obj)
                { 
                  students.Add(student);
                }
            });
        }
    }

    class Student
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Name { get; set; }
    }
}

 但是锁的引入，带来了一定的开销和性能的损耗，并降低了程序的扩展性，在并发编程中显然不适用。

上述例子改成使用ConcurrentBag类型：

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConcurrentDemo
{
    class Program
    {
        //private static object obj = new object();
        private static ConcurrentBag<Student> students;
        static void Main(string[] args)
        {
            students = new ConcurrentBag<Student>();
            /*创建任务 t1  t1 执行 数据集合添加操作*/
            Task t1 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            /*创建任务 t2  t2 执行 数据集合添加操作*/
            Task t2 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            /*创建任务 t3  t3 执行 数据集合添加操作*/
            Task t3 = Task.Factory.StartNew(() =>
            {
                AddStudent();
            });
            Task.WaitAll(t1, t2, t3);
            Console.WriteLine(students.Count);
            Console.ReadLine();
        }

        static void AddStudent()
        {
            Parallel.For(0, 1000, (i) =>
            {
                Student student = new Student();
                student.Id = i;
                student.Name = "name" + i;
                students.Add(student);
            });
        }
    }

    class Student
    {
        public int Id { get; set; }
        public string Name { get; set; }
    }
}

返回结果也是3000

具体每种集合的API可以查看 https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.collections.concurrent?redirectedfrom=MSDN&view=net-6.0 

本文参考链接：https://www.cnblogs.com/woxpp/p/3935557.html