知识大全 .NET 4并行编程之共享数据问题和解决概述

Posted 2022-07-21 知

篇首语：上如阶尽管费力，却一步比一步高。本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了知识大全 .NET 4并行编程之共享数据问题和解决概述相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

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　　在开始之前首先我们来看一个很有趣的例子

　　class BankAccount

　　public int Balance

　　get;

　　set;

　　class App

　　static void Main(string[] args)

　　// create the bank account instance

　　BankAccount account = new BankAccount();

　　// create an array of tasks

　　Task[] tasks = new Task[ ];

　　for (int i = ; i < ; i++)

　　// create a new task

　　tasks[i] = new Task(() =>

　　// enter a loop for balance updates

　　for (int j = ; j < ; j++)

　　// update the balance

　　account Balance = account Balance + ;

　　);

　　// start the new task

　　tasks[i] Start();

　　// wait for all of the tasks to plete

　　Task WaitAll(tasks);

　　// write out the counter value

　　Console WriteLine( Expected value Counter value:

　　 account Balance);

　　// wait for input before exiting

　　Console WriteLine( Press enter to finish );

　　Console ReadLine();

　　个task 每个task都是把BankAccount Balance自增次之后代码就等到个task执行完毕然后打印出Balance的值大家猜想一下上次的代码执行完成之后打印出来的Balance的结果是多少？

　　J结果确实和大家猜想的一样结果不等于每次执行一次上面的代码都会得到不同的结果而且这些结果值都在左右如果运气好可能看到有那么一两次结果为为什么会这样？

　　下面就是本篇和接下来的几篇文章要讲述的内容

　　 数据竞争

　　如果大家对多线程编程比较熟悉就知道上面情况的产生是因为共享数据竞争导致的(对多线程不熟悉不清楚的朋友也不用担心) 当有两个或者更多的task在运行并且操作同一个共享公共数据的时候就存在潜在的竞争如果不合理的处理竞争问题就会出现上面意想不到的情况

　　下面就来分析一下上面代码的情况是怎么产生的

　　当在把account对象的Balance进行自增的时候一般执行下面的三个步骤

　　读取现在account对象的Balance属性的值

　　计算创建一个临时的新变量并且把Balance属性的值赋值给新的变量而且把新变量的值增加

　　把新变量的值再次赋给account的Balance属性

　　在理论上面上面的三个步骤是代码的执行步骤但是实际中由于编译器 NET 运行时对自增操作的优化操作和操作系统等的因素在执行上面代码的时候并不一定是按照我们设想的那样运行的但是为了分析的方便我们还是假设代码是按照上面的三个步骤运行的

　　之前的代码每次执行一次执行代码的计算机就每次处于不同的状态 CPU的忙碌状况不同内存的剩余多少不同等等所以每次代码的运行计算机不可能处于完全一样的环境中

　　在下面的图中显示了两个task之间是如何发生竞争的当两个task启动了之后（虽然说是并行运算但是不管这样两个的task的执行时间不可能完全一样也就是说不可能恰好就是同时开始执行的起码在开始执行的时间上是有一点点的差异的）

　　．首先Task 读取到当前的balance的值为

　　．然后 task 运行了并且也读取到当前的balance值为

　　．两个task都把balance的值加

　　． Task 把balance的值加后把新的值保存到了balance中

　　． Task 也把新的保存到了balance中

　　所以结果就是虽然两个task 都为balance加但是balance的值还是

　　通过这个例子相信大家应该清楚为什么上面的个task执行而执行后的结果不是了

　　 ．解决方案提出

　　数据竞争就好比一个生日party 其中每一个task都是参加party的人当生日蛋糕出来之后每个人都兴奋了如果此时所有的人都一起冲过去拿属于他们自己的那块蛋糕此时party就一团糟了没有如何顺序

　　在之前的图示例讲解中 balance那个属性就好比蛋糕因为task task 都要得到它然后进行运算当我们来让多个task共享一个数据时就可能出现问题下面列出了四种解决方案

　　．顺序执行也就是让第一个task执行完成之后再执行第二个

　　．数据不变我们让task不能修改数据

　　．隔离我们不共享数据让每个task都有一份自己的数据拷贝

　　．同步通过调整task的执行有序的执行task

　　注意同步和以前多线程中的同步或者数据库操作时的同步概念不一样

　　 顺序的执行的解决方案

　　顺序的执行解决了通过每次只有一个task访问共享数据的方式解决了数据竞争的问题其实在本质上这种解决方案又回到了之前的单线程编程模型如果拿之前的party分蛋糕的例子那么现在就是一次只能允许一个人去拿蛋糕

　　 数据不变解决方案

　　数据不变的解决方案就是通过让数据不能被修改的方式来解决共享数据竞争如果拿之前的蛋糕为例子那么此时的情况就是现在蛋糕只能看不能吃

　　在C#中可以同关键字 readonly 和 const来声明一个字段不能被修改

　　public const int AccountNumber= ;

　　被声明为const的字段只能通过类型来访问如上面的AccountNumber是在Blank类中声明的那么访问的方式就是Blank AccountNumber

　　readonly的字段可以在实例的构造函数中修改

　　如下代码

　　using System;

　　class ImmutableBankAccount

　　public const int AccountNumber = ;

　　public readonly int Balance;

　　public ImmutableBankAccount(int InitialBalance)

　　Balance = InitialBalance;

　　public ImmutableBankAccount()

　　 Balance = ;

　　class App

　　static void Main(string[] args)

　　// create a bank account with the default balance

　　ImmutableBankAccount bankAccount = new ImmutableBankAccount();

　　Console WriteLine( Account Number: Account Balance:

　　ImmutableBankAccount AccountNumber bankAccount Balance);

　　// create a bank account with a starting balance

　　ImmutableBankAccount bankAccount = new ImmutableBankAccount( );

　　Console WriteLine( Account Number: Account Balance:

　　ImmutableBankAccount AccountNumber bankAccount Balance);

　　// wait for input before exiting

　　Console WriteLine( Press enter to finish );

　　Console ReadLine();

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