[特殊字符] .NET 并发编程利器详解

🧵 .NET 并发编程利器详解

附：volatile 与 Interlocked 在并发控制中的关键作用

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📌 引言：为什么需要并发集合？

在多线程编程中，我们经常需要多个线程安全地共享数据 —— 比如生产者消费者模型、任务队列、缓存字典、限流控制等。如果使用普通集合（如 List<T>、Queue<T>、Dictionary<TKey, TValue>），在并发读写时极易引发：

• ❌ 数据竞争（Race Condition）
• ❌ 集合内部结构损坏（如哈希表 rehash 时被多线程修改）
• ❌ 程序崩溃或数据不一致

.NET 提供了 System.Collections.Concurrent 命名空间下的线程安全集合类，专为高并发场景设计，无需手动加锁即可安全使用。

本文将深入讲解：

• ✅ ConcurrentQueue<T>、ConcurrentStack<T>、ConcurrentDictionary<TKey, TValue>
• ✅ BlockingCollection<T> 与它们的关系
• ✅ SemaphoreSlim 如何控制并发度
• ✅ volatile 与 Interlocked 在并发编程中的关键作用
• ✅ 实战示例 + 最佳实践

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🧩 一、三大基础并发集合

1. ConcurrentQueue<T> —— 线程安全的先进先出队列

特点：

• FIFO（First In, First Out）
• 无锁或细粒度锁实现，高性能
• 支持多生产者多消费者

常用方法：

• Enqueue(T item) — 入队
• TryDequeue(out T result) — 出队（线程安全）
• IsEmpty — 是否为空（注意：可能瞬时不准，仅作参考）

示例：

var queue = new ConcurrentQueue<int>();// 生产者线程
Task.Run(() =>
{for (int i = 1; i <= 5; i++){queue.Enqueue(i);Console.WriteLine($"生产: {i}");Thread.Sleep(100);}
});// 消费者线程
Task.Run(() =>
{while (true){if (queue.TryDequeue(out var item)){Console.WriteLine($"消费: {item}");}else if (queue.IsEmpty) break;// 注意：此处可能有竞态，仅演示Thread.Sleep(50);}
});Thread.Sleep(2000);

✅ 适用场景：任务队列、消息缓冲、日志收集等

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2. ConcurrentStack<T> —— 线程安全的后进先出栈

特点：

• LIFO（Last In, First Out）
• 同样支持多生产者多消费者

常用方法：

• Push(T item) — 压栈
• TryPop(out T result) — 弹栈

示例：

var stack = new ConcurrentStack<int>();Task.Run(() => {for (int i = 1; i <= 3; i++) {stack.Push(i);Console.WriteLine($"压栈: {i}");}
}