C#并行编程概述：线程同步原语

C#并行编程概述：线程同步原语2014-10-12 未知背景

有时候必须访问变量、实例、方法、属性或者结构体，而这些并没有准备好用于并发访问，或者有时候需要执行部分代码，而这些代码必须单独运行，这是不得不通过将任务分解的方式让它们独立运行。

当任务和线程要访问共享的数据和资源的时候，您必须添加显示的同步，或者使用原子操作或锁。

之前的.NET Framework提供了昂贵的锁机制以及遗留的多线程模型，新的数据结构允许细粒度的并发和并行化，并且降低一定必要的开销，这些数据结构称为轻量级同步原语。

这些数据结构在关键场合下能够提供更好的性能，因为它们能够避免昂贵的锁机制，如果在等待时间不短的情况下使用它们，这些原语会增加额外的开销。

如果您需要特定的执行顺序，可以通过添加显示同步来实现。

同步原语

.NET Framework 4在现在的System.Threading命名空间中提供了6个同步原语，通过这个命名空间可以访问遗留的线程类、类型和枚举，还提供了新的基于任务的编程模型及特定情形紧密相关的数据结构

Barrier 使多个任务能够采用并行方式依据某种算法在多个阶段中协同工作通过屏障

CountdownEvent 表示在计数变为0时处于有信号状态的同步基元通过信号机制

ManualResetEventSlim 允许很多任务等待直到另一个任务手工发出事件句柄，当预计等待时间很短的时候，ManualResetEventSlim 的性能比对应的重量级ManualResetEvent的性能要高。通过信号机制

SemaphoreSlim 限制对可同时访问资源或资源池的线程数，比对应的Semaphore性能要高通过信号机制

SpinLock 提供一个相互排斥锁基元，在该基元中，尝试获得锁的线程将在重复检查的循环中等待，直至该锁变为可用为止。

SpinWait 提供对基于自旋的等待的支持。

通过屏障同步并发任务 Barrier

当在需要一组任务并行地运行一连串的阶段，但是每一个阶段都要等待其他任务完成前一阶段之后才能开始时，您可以通过使用Barrier类的实例来同步这一类协同工作，通过屏障

下面贴代码方便大家理解，如有问题，请指正，详情见注释：

class Program{private static Task[] _CookTasks { get; set; }private static Barrier _barrier { get; set; }/*获取当前计算机处理器数*/private static int _particpants = Environment.ProcessorCount;/*coder:释迦苦僧 *代码中 展示煮饭的步骤 1.打水2.淘米 3.放入锅中 4.盖上锅盖 5.生火煮饭*/static void Main（string[] args）{Console.WriteLine（"定义{0}个人煮饭3次", _particpants）;_CookTasks = new Task[_particpants];_barrier = new Barrier（_particpants, （barrier） =>{Console.WriteLine（"当前阶段:{0}", barrier.CurrentPhaseNumber）;}）;Stopwatch swTask1 = new Stopwatch（）;swTask1.Start（）;/*定义N个人*/for （int cook_person = 0; cook_person < _particpants; cook_person++）{_CookTasks[cook_person] = Task.Factory.StartNew（（num） =>{int index = Convert.ToInt32（num）;/*每个人煮3次饭*/for （int cook_count = 0; cook_count < 3; cook_count++）{CookStepTask1（index, cook_count）;CookStepTask2（index, cook_count）;CookStepTask3（index, cook_count）;CookStepTask4（index, cook_count）;CookStepTask5（index, cook_count）;}}, cook_person）;}/*ContinueWhenAll 提供一组任务完成后 延续方法*/var finalTask = Task.Factory.ContinueWhenAll（_CookTasks, （tasks） =>{/*等待任务完成*/Task.WaitAll（_CookTasks）;swTask1.Stop（）;Console.WriteLine（"采用并发 {1}个人煮3次饭耗时:{0}", swTask1.ElapsedMilliseconds, _particpants）;/*释放资源*/_barrier.Dispose（）;}）;Thread.Sleep（4000）;Stopwatch swTask = new Stopwatch（）;swTask.Start（）;/*定义N个人*/for （int cook_person = 0; cook_person < _particpants; cook_person++）{/*每个人煮3次饭*/for （int cook_count = 0; cook_count < 3; cook_count++）{CookStep1（cook_person, cook_count）; CookStep2（cook_person, cook_count）; CookStep3（cook_person, cook_count）; CookStep4（cook_person, cook_count）; CookStep5（cook_person, cook_count）;}}swTask.Stop（）;Console.WriteLine（"不采用并发 {1}个人煮3次饭耗时:{0}", swTask.ElapsedMilliseconds, _particpants）;Thread.Sleep（2000）;Console.ReadLine（）;}/*1.打水*/private static void CookStepTask1（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次 打水... 耗时2分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（200）;/*存在线程暂停 所以需要将 _barrier.SignalAndWait（）;放在方法中 */_barrier.SignalAndWait（）;}/*2.淘米*/private static void CookStepTask2（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次 淘米... 耗时3分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（300）;/*存在线程暂停 所以需要将 _barrier.SignalAndWait（）;放在方法中 */_barrier.SignalAndWait（）;}/*3.放入锅中*/private static void CookStepTask3（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次 放入锅中... 耗时1分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（100）;/*存在线程暂停 所以需要将 _barrier.SignalAndWait（）;放在方法中 */_barrier.SignalAndWait（）;}/*4.盖上锅盖*/private static void CookStepTask4（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次 盖上锅盖... 耗时1分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（100）;/*存在线程暂停 所以需要将 _barrier.SignalAndWait（）;放在方法中 */_barrier.SignalAndWait（）;}/*5.生火煮饭*/private static void CookStepTask5（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次生火煮饭... 耗时30分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（500）;/*存在线程暂停 所以需要将 _barrier.SignalAndWait（）;放在方法中 */_barrier.SignalAndWait（）;}/*1.打水*/private static void CookStep1（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次 打水... 耗时2分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（200）;}/*2.淘米*/private static void CookStep2（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次 淘米... 耗时3分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（300）;}/*3.放入锅中*/private static void CookStep3（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次 放入锅中... 耗时1分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（100）;}/*4.盖上锅盖*/private static void CookStep4（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次 盖上锅盖... 耗时1分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（100）;}/*5.生火煮饭*/private static void CookStep5（int pesron_index, int index）{Console.WriteLine（"{0} 第{1}次生火煮饭... 耗时30分钟", pesron_index, index）;Thread.Sleep（500）;}}class Product{public string Name { get; set; }public string Category { get; set; }public int SellPrice { get; set; }}

如代码所示，在串行代码中，虽然任务是有序进行，但是等待的时间很长，因为只是在一个处理器下进行处理,如下图所示：

URL：http://www.bianceng.cn/Programming/csharp/201410/45755.htm