面試（對，最近在找作業面試...）被問到，.net 并發控制怎么做，BlockingQueue和ConcurrentQueue有什么區別？
多執行緒問題的核心是控制對臨界資源的訪問，接下來我們聊聊.net并發控制，可能除了第一個”lock”，對于其他的幾個概念都很陌生，那么這篇文章應該對你有幫助，
lock
Monitor
Semaphore
ConcurrentQueue
BlockingQueue
BlockingCollection
一、lock
說到并發控制，我們首先想到的肯定是 lock關鍵字，
這里要說一下，lock鎖的究竟是什么？是lock下面的代碼塊嗎，不，是locker物件，
我們想象一下，locker物件相當于一把門鎖（或者鑰匙），后面代碼塊相當于屋里的資源，
哪個執行緒先控制這把鎖，就有權訪問代碼塊，訪問完成后再釋放權限，下一個執行緒再進行訪問，
注意：如果代碼塊中的邏輯執行時間很長，那么其他執行緒也會一直等下去，直到上一個執行緒執行完畢，釋放鎖，
1 object locker = new object(); 2 3 private void Add() 4 { 5 lock (locker) 6 { 7 Thread.Sleep(1000); 8 counter++; 9 this.logger.LogDebug($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()} Add counter={counter}."); 10 } 11 }
二、Moniter
Monitor是一個靜態類（System.Threading.Monitor），功能與lock關鍵字基本一樣，也是加鎖，控制并發，
有兩個重要的方法：
Monitor.Enter() //獲取一個鎖
Monitor.Exit() //釋放一個鎖
另外幾個方法：
public static bool TryEnter(object obj, int millisecondsTimeout) //相比于 public static void Enter(object obj) 方法，多了超時時間設定，如果等待超過一定時間，就不再等待了，另外，只有TryEnter()回傳值為true時，才能進入代碼塊，
public static bool Wait(object obj, int millisecondsTimeout) //這個方法在已經獲得鎖權限的代碼塊中呼叫時，或暫時釋放鎖，等待一定時間后，重新獲取鎖權限，繼續執行Wait后面的代碼，（真想不明怎么會有這種相互禮讓的操作）
public static void Pulse(object obj) //這個方法的解釋是，通知在等待佇列中的執行緒，鎖物件狀態改變，（測驗發現，此方法并不會真正改變鎖定狀態，只是通知的作用）
TryEnter代碼示例：
1 int counter = 0; 2 object locker = new object(); 3 4 private void Minus() 5 { 6 //加上try -catch-finally，防止由于例外，鎖無法釋放，這也是為什么我們更多使用lock而不是Moniter的原因， 7 try 8 { 9 //只有TryEnter()回傳值為true時，才能進入代碼塊，與Enter()方法不一樣 10 if (Monitor.TryEnter(locker, 5000)) 11 { 12 this.logger.LogDebug($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()} Minus in"); 13 Thread.Sleep(1000); 14 counter--; 15 this.logger.LogDebug($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()} Minus counter={counter}."); 16 } 17 } 18 catch (Exception ex) 19 { 20 this.logger.LogDebug($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()} Minus Exception {ex.Message}"); 21 } 22 finally 23 { 24 Monitor.Exit(locker); 25 } 26 }
通過上面的代碼，我們可以看出Monitor和lock實作的功能基本一致，但Monitor的使用要明顯比lock更復雜，也行這就是我們平時更多的使用lock，而不是Monitor的原因，
三、Semaphore 信號量
System.Threading.Semaphore
lock和Monitor加鎖之后，每次只能有一個執行緒訪問臨界代碼，信號量類似于一個執行緒池，執行緒訪問之前獲取一個信號，訪問完成釋放信號，只要信號量內有可用信號便可以訪問，否則等待，
建構式：
public Semaphore(int initialCount, int maximumCount) //創建一個信號量，指定初始信號數量和最大信號數量，
幾個重要方法：
public int Release() //代碼注釋的意思是：退出信號量，并回傳之前的（可用信號）數量，實際上，除了退出，這個方法每呼叫一次會增加一個可用信號，但數量達到最大數量時會拋例外，
public int Release(int releaseCount) //和上面的方法類似，上面的方法每次只釋放一個信號，這個方法可以指定信號數量，
public virtual bool WaitOne() //等待一個可用信號
看下面的示例代碼，如果只初始一個信號量，new Semaphore(1, 100)，運行結果與lock和Monitor是一樣的，兩個方法交替執行，如果初始信號量為多個時，new Semaphore(3, 100)，執行效率高的方法要占用更多的信號，從而執行更多次，
1 int counter = 0; 2 int semaphoreCount = 0; 3 Semaphore semaphore = new Semaphore(3, 100); 4 5 private void Add() 6 { 7 semaphore.WaitOne(); 8 Thread.Sleep(1000); 9 counter++; 10 semaphoreCount = semaphore.Release(); 11 this.logger.LogDebug($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()} Add counter={counter}.SemaphoreCount:{semaphoreCount}"); 12 } 13 14 private void Minus() 15 { 16 semaphore.WaitOne(); 17 Thread.Sleep(2000); 18 counter--; 19 semaphore.Release(); 20 this.logger.LogDebug($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()} Minus counter={counter}.SemaphoreCount:{semaphoreCount}"); 21 }
Semaphore在生產者/消費者模式下的應用
生產者每次添加一個信號，消費者每次消耗一個信號，如果信號量為0，則消費者進入等待狀態，
1 int counter = 0; 2 int semaphoreCount = 0; 3 Semaphore semaphore = new Semaphore(0, int.MaxValue); 4 5 private void Product() 6 { 7 semaphoreCount = semaphore.Release(); 8 Thread.Sleep(1000); 9 counter++; 10 this.logger.LogDebug($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()} Product counter={counter}.SemaphoreCount:{semaphoreCount}"); 11 } 12 13 private void Consume() 14 { 15 semaphore.WaitOne(); 16 Thread.Sleep(2000); 17 counter--; 18 this.logger.LogDebug($"{DateTime.Now.ToLongTimeString()} Consume counter={counter}.SemaphoreCount:{semaphoreCount}"); 19 }
四、ConcurrentQueue 和 Queue
.net 集合中有一類執行緒安全的集合 System.Collections.Concurrent，ConcurrentQueue 就是其中的一個，執行緒安全的佇列，有普通佇列Queue先進先出的特點，同時又具備多執行緒安全，
測驗程序中發現：
Queue 類的兩個出佇列方法 Dequeue() 和 TryDequeue(out result)，在多執行緒環境下，Dequeue() 會出現并發訪問錯誤，但TryDequeue(out result)不會，即TryDequeue(out result)即使不加鎖，在多執行緒環境下也運行正常，
ConcurrentQueue 類只有一個出佇列方法 TryDequeue(out result)，當然，是執行緒安全的，
五、BlockingQueue
BlockingQueue并不是.net內置的類，如果有人問這個類，那么他多半是在說BlockingCollection
關于 BlockingQueue 有一篇很不錯的文章，可以參考一下：
https://docs.microsoft.com/zh-cn/archive/blogs/toub/blocking-queues
六、BlockingCollection
BlockingCollection是.net內置的類，相當于帶有阻塞功能的 ConcurrentQueue ，資料先進先出，相比較ConcurrentQueue ，BlockingCollection在從佇列中讀取資料時，如果佇列為空，那么它會等待（block），直到有資料可讀取，
而ConcurrentQueue ，需要我們自行判斷是否讀取了資料，并且控制回圈讀取的頻率，
.net 檔案對這個類解釋的非常詳細，可以仔細閱讀：
https://docs.microsoft.com/zh-cn/dotnet/api/system.collections.concurrent.blockingcollection-1?view=netcore-3.1
七、樂觀鎖
前面講的這些，都是屬于.net提供的并發控制方案，還有另一種更常用的并發控制方式，樂觀鎖，
樂觀鎖本質上并不是加鎖，而是資料版本控制，樂觀鎖的出發點是假定并發錯誤發生的概率很小，從而允許程式并發執行，
首先，資料要有一個版本號，每次資料更新，要產生一個新的版本號，
其次，進入資料處理邏輯之前，記錄該資料的版本號，資料處理結束后，重新讀取資料，比較前后兩個版本號是否一致，如果一致，則提交，處理完成，如果不一致，說明產生了并發錯誤，則拋出例外或已其他方式終止程式執行，從而保證資料的一致性，
總結
lock是最常用的并發控制方式，Monitor的功能與lock類似，但使用復雜，非必須不建議使用，
Semaphore，信號量，是一個不錯的功能，特定應用場景下非常實用，
ConcurrentQueue 是一個執行緒安全的佇列，在多執行緒并發環境下使用，可避免由于并發引起的錯誤，（我們可以使用lock+Queue，實作ConcurrentQueue，自己感興趣可以試一下）
BlockingCollection 帶阻塞功能的 ConcurrentQueue ，沒有可用資料的情況下，進入等待狀態，防止回圈訪問，減少CPU資源浪費，（我們可以通過Semaphore+ConcurrentQueue ，實作BlockingCollection ，自己感興趣可以試一下）
最后，祝大家祝編程快樂，
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標籤：.NET Core
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