《C#并行编程高级教程》第5章 协调数据结构 笔记

本章介绍了一些轻量级的同步原语，其中有很大部分是.NET Framework 4才引入的。

System.Threading.Barrier

用于一段程序分成多个阶段，每个阶段的开始都需要之前的阶段完成。如果这段程序需要并行化。可以在每段之间采用Barrier。

还可以设置在每个阶段之间的动作。

task在Barrier中成为参与者（participant），在构造的时候要设定数量，也可以动态的增删。

异常和超时的处理可以参考代码。

相比于使用使用Task的ContinueWith方法实现多个阶段的串行，Barrier可以减少非常多的Task数量。

用完后需要Dispose

Task[] _tasks;
Barrier _barrier;
 
_tasks = new Task[4];
_barrier = new Barrier(4, (barrier) =>
{
    Console.WriteLine("Current phase: {0}",
        barrier.CurrentPhaseNumber);
});
 
for (int i = 0; i < 4; i++)
{
    _tasks[i] = Task.Factory.StartNew((num) =>
    {
        //...阶段1
        if (!_barrier.SignalAndWait(TIMEOUT))
        {
            //...
        }
        //...阶段2
        try
        {
            _barrier.SignalAndWait();
        }
        catch (BarrierPostPhaseException bppex)
        {
            //..
            break;
        }
        //...阶段3
        _barrier.SignalAndWait();
    }, i);
}

互斥锁

C#提供了lock关键字来获取一个互斥锁。lock块编译时会被替换成System.Threading.Monitor的使用。

需要注意的点有

• lock和Monitor只能锁引用类型的实例，不要对值类型使用lock或Monitor。
• 要避免锁定我iabuduixinag，避免跨成员或类的边界获得或释放锁。
• 临界区中的代码应该尽量保持简单。

lock (_obj)
{
    //...
}
//编译时lock块会被替换成如下
bool lockTaken = false;
Monitor.Enter(_obj, ref lockTaken);
try
{
    //...
}
finally
{
    if (lockTaken)
    {
        Monitor.Exit(_obj);
    }
}

如果是直接使用Monitor还可以使用TryEnter来设置超时

bool lockTaken = false;
try
{
    Monitor.TryEnter(_obj, 2000, ref lockTaken);
    if (!lockTaken)
    {
        throw new TimeoutException(...);
    }
    //...
}
finally
{
    if (lockTaken)
    {
        Monitor.Exit(_obj);
    }
}

自旋

Monitor开销非常大。如果锁的时间非常短，自旋锁能获取更好的性能。

但是如果长时间的自旋，SpinWait会让出时间片，并触发上下文切换。这和忙等不同。

如果多个任务都需要自旋锁，那么每一个任务都应该使用自己的实例

SpinWait在单核没有实际意义，因为必然是要做上下文切换才有可能等到的。

SpinWait.SpinUntil(Func<bool> condition,int millisecondsTimeout)提供了基于自旋的等待发方案

var sl = new SpinLock(false);
bool lockTaken = false;
try
{
    sl.TryEnter(2000, ref lockTaken);
    if (!lockTaken)
    {
        throw new TimeoutException(...);
    }
    //....
}
finally
{
    if (lockTaken)
    {
        sl.Exit(false);
    }
}

 

System.Threading.ManualResetEventSlim

ManualResetEventSlim是ManualResetEvent的简化版。不能跨进程或跨AppDomain。

ManualResetEventSlim是一个带有两个可能状态的事件对象，设置信号（true）和取消信号（false）

利用这个可以进行通讯

使用完后需要Dispose。

private ManualResetEventSlim manualResetEvent1;
private ManualResetEventSlim manualResetEvent2;
//method1
try
{
    manualResetEvent1.Set();
    //..
}
finally
{
    manualResetEvent1.Reset();
}
//method2
try
{
    manualResetEvent2.Set();
    if (!manualResetEvent1.Wait(TIMEOUT))
    {
        throw new TimeoutException(...);
    }
    //...
}
finally
{
    // Switch to unsignaled/unset
    manualResetEvent2.Reset();
}

System.Threading.SemaphoreSlim

System.Threading.Semaphore的轻量级版本。不能跨进程或跨AppDomain。

提供一个信号量机制来限制资源的并发访问。

用完之后需要Dispose。

SemaphoreSlim _semaphore;
 
_semaphore.Wait();
try
{
    //...
}
finally
{
    _semaphore.Release();
}

 

System.Threading.CountdownEvent

CountdownEvent带有一个初始计数器，可以发出一个信号，令计数减一。调用Wait方法时会被阻塞直到计数器达到0。

用完后需要Dispose

private static CountdownEvent _countdown;
 
//Main thread
_countdown = new CountdownEvent(MIN_PATHS);
//...
try
{
    //new Task
    //...
}
finally
{
    _countdown.Dispose();
}
 
 
//Task1
try
{
    //...
}
finally
{
    _countdown.Signal();
}
 
//Task2
_countdown.Wait();
//...

 

原子操作

在并行的环境下对共享变量的一些最基本的操作都是不安全的。

把共享变量的操作都加锁，代价又太大。

System.Threading.Interlocked，为多线程的共享变量提供原子操作。

包括 递增 递减 加法 赋值 比较 读 等等。

int total = 0;
Interlocked.Increment(ref total);

其中需要注意的一点，如果在32位系统下。对64位数值的读取不是原子操作。需要使用Interlocked.Read(ref long location)。64位系统不需要，直接访问就可以了。

来自为知笔记(Wiz)