C#中的多线程小试牛刀

前言

昨天在上班时浏览博问,发现了一个问题,虽然自己在 C# 多线程上没有怎么尝试过,看了几遍 CLR 中关于 线程的概念和讲解(后面三章)。也想拿来实践实践。问题定义是这样的:

对于多线程不是很懂,面试的时候遇到一个多线程的题,不会做,分享出来,懂的大佬指点一下,谢谢

建一个winform窗体,在窗体中放上一个开始按钮,一个停止按钮,一个文本框,在窗体中声明一个List类型的属性,点击开始按钮后开启10个线程,所有线程同时不间断的给List集合中添加1-10000之间的随机数,要求添加List集合中的数字不能重复,并且实时在文本框中显示集合的长度,当集合List的长度等于1000时自动停止所有线程,如果中途点击停止按钮也停止所有线程,点击开始又继续执行。

我其实没有完全实现了这位博问中提问的同学的需求,具体问题的来源可查看该地址 问题来源

开始尝试

刚拿到这个需求的时候,映入我脑海里的是 Task, Threadpool,Concurrent,和 Lock 等概念,接下来就是组装和编码的过程了,首先理一理头绪,

  • 生成随机数
  • 插入到 List 中,且不能重复
  • 开启多个线程同时插入。

首先是生成 随机数,使用 System.Random 类来生成伪随机数(这个其实性能和效率贼低,后面再叙述)

private int GenerateInt32Num()
{
 var num = random.Next(0, TOTAL_NUM);
 return num;
}

然后是插入到 List<Int32> 中的代码,判断是否 已经达到了 我们需要的 List 长度,如果已满足,则退出程序。

private void AddToList(int num)
{
 if (numList.Count == ENDNUM)
 {
 return;
 }

 numList.Add(num);
}

如果是个 单线程的,按照上面那样 while(true) 然后一直插入即可,可这个是个 多线程,那么需要如何处理呢?

我思考了一下,想到了之前在 CLR 中学到的 可以用 CancellationTokenSource 中的 Cancel 来通知 Task 来取消操作。所以现在的逻辑是,用线程池来实现多线程。然后传入 CancellationTokenSource.Token 来取消任务。

最后用 Task.WhanAny() 来获取到第一个到达此 Task 的 ID。

首先是建立 Task[] 的数组

internal void DoTheCompeteSecond()
{
 Task[] tasks = new Task[10];

 for (int i = 0; i < 10; ++i)
 {
 int num = i;
 tasks[i] = Task.Factory.StartNew(() => AddNumToList(num, cts), cts.Token);
 }

 Task.WaitAny(tasks);
}

然后 AddNumToList 方法是这样定义的,

private void AddNumToList(object state, CancellationTokenSource cts)
{-
 Console.WriteLine("This is the {0} thread,Current ThreadId={1}",
   state,
   Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

 while (!cts.Token.IsCancellationRequested)
 {
 if (GetTheListCount() == ENDNUM)
 {
  cts.Cancel();
  Console.WriteLine("Current Thread Id={0},Current Count={1}",
    Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
    GetTheListCount());

  break;
 }
 var insertNum = GenerateInt32Num();
 if (numList.Contains(insertNum))
 {
  insertNum = GenerateInt32Num();
 }

 AddToList(insertNum);
 }
}

看起来是没有什么问题的,运行了一下。得到了如下结果,

这应该是昨晚运行时得到的数据,当时也没有多想,就贴了上去,回答了那位提问同学的问题。但是心里有一个疑惑,为什么会同时由 两个 Thread 同时达到了该目标呢?

发现问题

今天早上到公司时,我又打开了这个 代码,发现确实有点不对劲,于是就和我边上 做 Go 语言开发的同学,问了问他,哪里出现了问题,他和我说:“你加了读写锁了吗?” 你这里有数据脏读写。心里面有了点眉目。

按照他说的,修改了一下AddToList 里面的逻辑,这时候,确实解决了上面的问题,

private void AddToList(int num)
{
 rwls.EnterReadLock();
 if (numList.Count == ENDNUM)
 return;
 rwls.ExitReadLock();

 rwls.EnterWriteLock();
 numList.Add(num);
 rwls.ExitWriteLock();
}

得到的结果如下:

完整的代码如下所示:

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

namespace CSharpFundamental
{
 class MultipleThreadCompete
 {
 List<int> numList = new List<int>();
 Random random = new Random();
 CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
 private const int ENDNUM = 1000000;

 ReaderWriterLockSlim rwls = new ReaderWriterLockSlim();

 internal void DoTheCompeteSecond()
 {
  Stopwatch sw = new Stopwatch();
  sw.Start();
  Task[] tasks = new Task[100];

  for (int i = 0; i < 100; ++i)
  {
  int num = i;
  tasks[i] = Task.Run(() => AddNumToList(num, cts), cts.Token);
  }

  Task.WaitAny(tasks);

  Console.WriteLine("ExecuteTime={0}", sw.ElapsedMilliseconds / 1000);
 }

 private int GetTheListCount()
 {
  return numList.Count;
 }

 private void AddToList(int num)
 {
  rwls.EnterReadLock();
  if (numList.Count == ENDNUM)
  return;
  rwls.ExitReadLock();

  rwls.EnterWriteLock();
  numList.Add(num);
  rwls.ExitWriteLock();
 }

 private void AddNumToList(object state, CancellationTokenSource cts)
 {
  Console.WriteLine("This is the {0} thread,Current ThreadId={1}",
  state,
  Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

  while (!cts.Token.IsCancellationRequested)
  {
  try
  {
   rwls.EnterReadLock();
   if (numList.Count == ENDNUM)
   {
   cts.Cancel();
   Console.WriteLine("Current Thread Id={0},Current Count={1}",
    Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
    GetTheListCount());
   break;
   }
  }
  finally
  {
   rwls.ExitReadLock();
  }

  var insertNum = GenerateInt32Num();
  if (numList.Contains(insertNum))
  {
   insertNum = GenerateInt32Num();
  }

  AddToList(insertNum);
  }
 }

 private int GenerateInt32Num()
 {
  return random.Next(1, ENDNUM);
 }
 }
}

这时候,那位 Go 语言的同学和我说,我们试试 1000w 的数据插入,看看需要多少时间?于是我让他用 Go 语言实现了一下上面的逻辑,1000w数据用了 三分钟,我让他看看总共生成了多少随机数,他查看了一下生成了 1亿4千多万的数据。

最开始我用上面的代码来测,发现我插入 1000w 的数据,CPU 到100% 而且花了挺长时间,程序根本没反应,查看了一下我判断重复的语句numList.Contains()

底层实现的代码为:

[__DynamicallyInvokable]
 public bool Contains(T item)
 {
  if ((object) item == null)
  {
   for (int index = 0; index < this._size; ++index)
   {
    if ((object) this._items[index] == null)
     return true;
   }
   return false;
  }
  EqualityComparer<T> equalityComparer = EqualityComparer<T>.Default;
  for (int index = 0; index < this._size; ++index)
  {
   if (equalityComparer.Equals(this._items[index], item))
    return true;
  }
  return false;
 }

可想而知,如果数据量很大的话,这个循环不就 及其缓慢吗?

我于是请教了那位 GO 的同学,判断重复的逻辑用什么来实现的,他和我说了一个位图 bitmap 的概念,

我用其重写了一下判断重复的逻辑,代码如下:

int[] bitmap = new int[MAX_SIZE];

var index = num % TOTAL_NUM;
bitMap[index] = 1;

return bitMap[num] == 1;

在添加到 List 的时候,顺便插入到 bitmap 中,判断重复只需要根据当前元素的位置是否 等于 1 即可,

我修改代码后,跑了一下 1000w 的数据用来 3000+ ms。

这时候,引起了他的极度怀疑,一向以高性能并发 著称的 Go 速度竟然这么慢吗?他一度怀疑我的逻辑有问题。

下午结束了一个阶段的工作后,我又拾起了我上午写的代码,果不其然,发现了逻辑错误:

如下:

var insertNum = GenerateInt32Num();
if (numList.Contains(insertNum))
{
 insertNum = GenerateInt32Num();
}

生成随机数这里,这里有个大问题,就是其实只判断了一次,导致速度那么快,正确的写法应该是

while (ContainsNum(currentNum))
{
 currentNum = GenerateInt32Num();
}

private int GenerateInt32Num()
{
 var num = random.Next(0, TOTAL_NUM);
 //Console.WriteLine(num);

 return num;
}

最后的代码如下:

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

namespace CSharpFundamental
{
 class MultipleThreadCompete
 {
  List<int> numList = new List<int>();
  Random random = new Random();
  CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
  private const int TOTAL_NUM = 1000000;
  private const int CURRENT_THREAD_COUNT = 35;

  ReaderWriterLockSlim rwls = new ReaderWriterLockSlim();

  int[] bitMap = new int[TOTAL_NUM];

  internal void DoTheCompete()
  {
   //ThreadPool.SetMinThreads(CURRENT_THREAD_COUNT, CURRENT_THREAD_COUNT);
   Stopwatch sw = new Stopwatch();
   sw.Start();
   Task[] tasks = new Task[CURRENT_THREAD_COUNT];

   for (int i = 0; i < CURRENT_THREAD_COUNT; ++i)
   {
    int num = i;
    tasks[i] = Task.Run(() => ExecuteTheTask(num, cts), cts.Token);
   }

   Task.WaitAny(tasks);

   Console.WriteLine("ExecuteTime={0}", sw.ElapsedMilliseconds);
  }

  private int GetTheListCount()
  {
   return numList.Count;
  }

  private void AddToList(int num)
  {
   if (numList.Count == TOTAL_NUM)
    return;
   numList.Add(num);

   var index = num % TOTAL_NUM;
   bitMap[index] = 1;
  }

  private void ExecuteTheTask(object state, CancellationTokenSource cts)
  {
   Console.WriteLine("This is the {0} thread,Current ThreadId={1}",
    state,
    Thread.CurrentThread.ManagedThreadId);

   while (!cts.Token.IsCancellationRequested)
   {
    try
    {
     rwls.EnterReadLock();
     if (numList.Count == TOTAL_NUM)
     {
      cts.Cancel();
      Console.WriteLine("Current Thread Id={0},Current Count={1}",
       Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
       GetTheListCount());
      break;
     }
    }
    finally
    {
     rwls.ExitReadLock();
    }

    var currentNum = GenerateInt32Num();

    while (ContainsNum(currentNum))
    {
     currentNum = GenerateInt32Num();
    }

    rwls.EnterWriteLock();
    AddToList(currentNum);
    rwls.ExitWriteLock();
   }
  }

  private int GenerateInt32Num()
  {
   var num = random.Next(0, TOTAL_NUM);
   //Console.WriteLine(num);

   return num;
  }

  private bool ContainsNum(int num)
  {
   rwls.EnterReadLock();
   var contains = bitMap[num] == 1;
   rwls.ExitReadLock();

   return contains;
  }
 }
}

结果如下:

但是这个代码执行 1000w的数据需要好久。 这个问题继续研究。

源码地址:https://github.com/doublnt/dotnetcore/tree/master/CSharpFundamental

总结

以上就是这篇文章的全部内容了,希望本文的内容对大家的学习或者工作具有一定的参考学习价值,谢谢大家对我们的支持。

(0)

相关推荐

  • c#中多线程访问winform控件的若干问题小结

    我们在做winform应用的时候,大部分情况下都会碰到使用多线程控制界面上控件信息的问题.然而我们并不能用传统方法来解决这个问题,下面我将详细的介绍. 首先来看传统方法: 复制代码 代码如下: public partial class Form1 : Form     {        public Form1()        {            InitializeComponent();        } private void Form1_Load(object sender,

  • c#多线程中Lock()关键字的用法小结

    本文介绍C# lock关键字,C#提供了一个关键字lock,它可以把一段代码定义为互斥段(critical section),互斥段在一个时刻内只允许一个线程进入执行,而其他线程必须等待. 每个线程都有自己的资源,但是代码区是共享的,即每个线程都可以执行相同的函数.这可能带来的问题就是几个线程同时执行一个函数,导致数据的混乱,产生不可预料的结果,因此我们必须避免这种情况的发生. 其中,lock是一种比较好用的简单的线程同步方式,它是通过为给定对象获取互斥锁来实现同步的.它可以保证当一个线程在关键

  • c# winform多线程的小例子

    在文本框中输入一个数字,点击开始累加按钮,程序计算从1开始累计到该数字的结果.因为该累加过程比较耗时,如果直接在UI线程中进行,那么当前窗口将出现假死.为了有更好的用户体验,程序启动一个新的线程来单独执行该计算,然后每隔200毫秒读取一次累加结果,并把结果显示到文本框下方的label控件中.同时,程序支持取消操作,点击取消累计按钮,程序将取消累加操作,并把当前累加值显示到label中.为了方便后面的描述,我把UI线程称作主线程,把执行累加计算的线程称作工作者线程.该过程有两个关键点: 1:如何在

  • C#实现多线程写入同一个文件的方法

    本文实例讲述了C#实现多线程写入同一个文件的方法.分享给大家供大家参考.具体实现方法如下: namespace WfpApp { public partial class Form2 : Form { object obj = new object(); public Form2() { InitializeComponent(); System.Threading.Thread thread; string[] users = new string[] { "zkk", "

  • c#多线程的应用全面解析

    1.使用多线程的几种方式 (1)不需要传递参数,也不需要返回参数 ThreadStart是一个委托,这个委托的定义为void ThreadStart(),没有参数与返回值. 复制代码 代码如下: class Program { static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 30; i++) { ThreadStart threadStart = new ThreadStart(Calculate); Thread thread = n

  • 浅解关于C#多线程的介绍

    多线程的相关概念--------------------------------------------------------------------------------1.进程:是操作系统结构的基础:是一个正在执行的程序:计算机中正在运行的程序实例:可以分配给处理器并由处理器执行的一个实体:由单一顺序的执行显示,一个当前状态和一组相关的系统资源所描述的活动单元.2.线程:线程是程序中一个单一的顺序控制流程.是程序执行流的最小单元.另外,线程是进程中的一个实体,是被系统独立调度和分派的基本

  • c#多线程编程基础

    无论您是为具有单个处理器的计算机还是为具有多个处理器的计算机进行开发,您都希望应用程序为用户提供最好的响应性能,即使应用程序当前正在完成其他工作.要使应用程序能够快速响应用户操作,同时在用户事件之间或者甚至在用户事件期间利用处理器,最强大的方式之一是使用多线程技术. 多线程:线程是程序中一个单一的顺序控制流程.在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作,称为多线程.如果某个线程进行一次长延迟操作, 处理器就切换到另一个线程执行.这样,多个线程的并行(并发)执行隐藏了长延迟,提高了处理器资源利用率

  • c#使用多线程的几种方式示例详解

    (1)不需要传递参数,也不需要返回参数 ThreadStart是一个委托,这个委托的定义为void ThreadStart(),没有参数与返回值. 复制代码 代码如下: class Program { static void Main(string[] args) { for (int i = 0; i < 30; i++) { ThreadStart threadStart = new ThreadStart(Calculate); Thread thread = new Thread(thr

  • C#队列Queue多线程用法实例

    本文实例讲述了C#队列Queue多线程用法.分享给大家供大家参考.具体分析如下: 这里展示一个例子,供学习使用: private void button_测试Queue结合多线程_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine("初始化队列"); queue = new Queue<string>(); string[] cars = new string[]{"宝马","奔驰&quo

  • c#.net多线程编程教学——线程同步

    随着对多线程学习的深入,你可能觉得需要了解一些有关线程共享资源的问题. .NET framework提供了很多的类和数据类型来控制对共享资源的访问. 考虑一种我们经常遇到的情况:有一些全局变量和共享的类变量,我们需要从不同的线程来更新它们,可以通过使用System.Threading.Interlocked类完成这样的任务,它提供了原子的,非模块化的整数更新操作. 还有你可以使用System.Threading.Monitor类锁定对象的方法的一段代码,使其暂时不能被别的线程访问. System

随机推荐