C#多阶段并行线程师实例分析

2024-10-31 技术教程

这篇“C#多阶段并行线程师实例分析”文章的知识点大部分人都不太理解，所以小编给大家总结了以下内容，内容详细，步骤清晰，具有一定的借鉴价值，希望大家阅读完这篇文章能有所收获，下面我们一起来看看这篇“C#多阶段并行线程师实例分析”文章吧。

前言

应用场景主要是控制 N 个线程(可随时增加或减少执行的线程)，使得多线程在能够在 M 个阶段中保持同步。

线程工作情况如下：

我们接下来将学习C# 中的 Barrier ，用于实现并行协同工作。

Barrier 类

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，使多个线程（称为“参与者” ）分阶段同时处理算法。

可以使多个线程（称为“参与者” ）分阶段同时处理算法。（注意算法这个词）

每个参与者完成阶段任务后后将被阻止继续执行，直至所有参与者都已达到同一阶段。

Barrier 的构造函数如下：

构造函数说明Barrier(Int32)初始化 Barrier 类的新实例。Barrier(Int32, Action)初始化 Barrier 类的新实例。

其中一个构造函数定义如下：

publicBarrier(intparticipantCount,Action<Barrier>postPhaseAction);

participantCount ：处于的线程数量，大于0并且小于32767。

postPhaseAction ：在每个阶段后执行 Action(委托)。

属性和方法

在还没有清楚这个类有什么作用前，我们来看一下这个类的常用属性和方法。

大概了解 Barrier 有哪些常用属性和方法后，我们开始编写示例代码。

属性：

属性说明CurrentPhaseNumber获取屏障的当前阶段的编号。ParticipantCount获取屏障中参与者的总数。ParticipantsRemaining获取屏障中尚未在当前阶段发出信号的参与者的数量。

方法：

方法说明AddParticipant()通知 Barrier，告知其将会有另一个参与者。AddParticipants(Int32)通知 Barrier，告知其将会有多个其他参与者。RemoveParticipant()通知 Barrier，告知其将会减少一个参与者。RemoveParticipants(Int32)通知 Barrier，告知其将会减少一些参与者。SignalAndWait()发出参与者已达到屏障并等待所有其他参与者也达到屏障。SignalAndWait(CancellationToken)发出参与者已达到屏障的信号，并等待所有其他参与者达到屏障，同时观察取消标记。SignalAndWait(Int32)发出参与者已达到屏障的信号，并等待所有其他参与者也达到屏障，同时使用 32 位带符号整数测量超时。SignalAndWait(Int32, CancellationToken)发出参与者已达到屏障的信号，并等待所有其他参与者也达到屏障，使用 32 位带符号整数测量超时，同时观察取消标记。SignalAndWait(TimeSpan)发出参与者已达到屏障的信号，并等待所有其他参与者也达到屏障，同时使用 TimeSpan 对象测量时间间隔。SignalAndWait(TimeSpan, CancellationToken)发出参与者已达到屏障的信号，并等待所有其他参与者也达到屏障，使用 TimeSpan 对象测量时间间隔，同时观察取消标记。

Barrier 翻译屏障，前面所说的 “阶段”，在文档中称为屏障，官方有一些例子和实践场景：

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/threading/barrier?view=netcore-3.1

https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/standard/threading/how-to-synchronize-concurrent-operations-with-a-barrier?view=netcore-3.1

本文的教程比较简单，你可以先看本教程，再去看看官方示例。

示例

假设有个比赛，一个有三个环节，有三个小组参加比赛。

比赛有三个环节，小组完成一个环节后，可以去等待区休息，等待其他小组也完成比赛后，开始进行下一个环节的比赛。

示例如下：

new Barrier(int,Action)设置有多少线程参与，Action 委托设置每个阶段完成后执行哪些动作。

.SignalAndWait()阻止当前线程继续往下执行；直到其他完成也执行到此为止。

classProgram{//Barrier(Int32,Action)privatestaticBarrierbarrier=newBarrier(3,b=>Console.WriteLine($"\n第{b.CurrentPhaseNumber+1}环节的比赛结束，请评分！"));staticvoidMain(string[]args){//Random模拟每个小组完成一个环节比赛需要的时间Threadthread1=newThread(()=>DoWork("第一小组",newRandom().Next(2,10)));Threadthread2=newThread(()=>DoWork("第二小组",newRandom().Next(2,10)));Threadthread3=newThread(()=>DoWork("第三小组",newRandom().Next(2,10)));//三个小组开始比赛thread1.Start();thread2.Start();thread3.Start();Console.ReadKey();}staticvoidDoWork(stringname,intseconds){//第一环节Console.WriteLine($"\n{name}：开始进入第一环节比赛");Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));//模拟小组完成环节比赛需要的时间Console.WriteLine($"\n{name}：完成第一环节比赛，等待其它小组");//小组完成阶段任务，去休息等待其它小组也完成比赛barrier.SignalAndWait();//第二环节Console.WriteLine($"\n{name}：开始进入第二环节比赛");Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));Console.WriteLine($"\n{name}：完成第二环节比赛，等待其它小组\n");barrier.SignalAndWait();//第三环节Console.WriteLine($"\n{name}：开始进入第三环节比赛");Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));Console.WriteLine($"\n{name}：完成第三环节比赛，等待其它小组\n");barrier.SignalAndWait();}}

上面的示例中，每个线程都使用了DoWork()这个方法去中相同的事情，当然也可以设置多个线程执行不同的任务，但是必须保证每个线程都具有相同数量的.SignalAndWait();方法。

当然SignalAndWait()可以设置等待时间，如果其他线程迟迟没有到这一步，那就继续运行。可以避免死锁等问题。

到目前，只使用了SignalAndWait()，我们继续学习一下 Barrier 类的其他方法。

新的示例

Barrier.AddParticipant()：添加参与者；

Barrier.RemoveParticipant()：移除参与者；

这里继续使用第二节的示例。

因为这是比赛，老是等待其他小组，会使得比赛进行比较慢。

新的规则：不必等待最后一名，当环节只剩下最后一名时为完成时，其它小组可以立即进行下一个环节的比赛。

当然，最后一名小组，有权利继续完成比赛。

修改第二小节的代码，在 Main 内第一行加上barrier.RemoveParticipant();。

staticvoidMain(string[]args){barrier.RemoveParticipant();......