Параллельные коллекции. Низкоуровневая синхронизация

ConcurrentQueue

В данной части практического задания, будет рассмотрен пример использования параллельной коллекции ConcurrentQueue, при разработке простого консольного приложения.

1. Создадим консольное приложение и назовем его "ConcurrentQueueApplication":
   

   
   увеличить изображение
   Рис. P.5.
2. Создадим в классе Program, три статичных коллекции:

   static List<int> collection1 = new List<int>();
          static Queue<int> collection2 = new Queue<int>();
          static ArrayList collection3 = new ArrayList();

   Предварительно подключив директиву, для использования коллекции типа ArrayList:

   using System.Collections
3. Далее, создадим перегруженный статичный метод, который помещает значения в созданные на предыдущем шаге коллекции:

   static void addNumber(int num)
       {
           try
           {
               collection1.Add(num);
               collection2.Enqueue(num);
               collection3.Add(num);
           
           }
           catch (AggregateException exc)
           {
               Console.WriteLine(exc);
           }
4. В главном методе Main, реализуем наполнение коллекций через цикл for с использованием метода addNumber:

   for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        {
            addNumber(i);
        }
        Console.WriteLine("Коллекция List<int> содержит: 
   {0} элементов \nКоллекция Queue<int> содержит: {1} элементов \nКоллекция ArrayList содержит: 
   {2} элементов", collection1.Count, collection2.Count, collection3.Count);
        Console.ReadLine();
5. Запустим программу. И получим следующий результат:
   

   
   увеличить изображение
   Рис. P.6.

   Примечание. Как видно из результата выполнения программы все значения были добавлены в коллекции при прохождении цикла for.

   Листинг кода программы:

   using System;
   using System.Collections.Generic;
   using System.Linq;
   using System.Text;
   using System.Collections;
   using System.Threading.Tasks;
   namespace ConcurrentQueueApplication
   {
       class Program
       {
          static List<int> collection1 = new List<int>();
          static Queue<int> collection2 = new Queue<int>();
          static ArrayList collection3 = new ArrayList();
          static void addNumber(int num)
           {
               try
               {
                   collection1.Add(num);
                   collection2.Enqueue(num);
                   collection3.Add(num);
                }
                catch (Exception exc)
               {
                   Console.WriteLine(exc);
               }
           }
           static void Main(string[] args)
           {
               for (int i = 0; i < 1000000; i++)
               {
                   addNumber(i);
               }
               Console.WriteLine("Коллекция List<int> содержит: 
     {0} элементов \nКоллекция Queue<int> содержит: 
      {1} элементов \nКоллекция ArrayList содержит: {2} элементов", 
       collection1.Count, collection2.Count, collection3.Count);
               Console.ReadLine();
           }
       }
   }
6. Теперь используем параллельный цикл Parallel.For вместо цикла for для того, что бы посмотреть, как выполняется добавление записей с использованием многопоточного цикла. Для этого, сначала, подключим директиву для использования потоков:

   using System.Threading.Tasks
7. Заменим цикл for на Parallel.For:

   Parallel.For(0, 1000000, i =>
               {
                   addNumber(i);
               });
8. Запустим программу. Программа выдаст приблизительно следующий результат:
   

   
   увеличить изображение
   Рис. P.7.

   Так же программа может вызвать исключение при добавлении элемента в одну из коллекций:

   

   
   увеличить изображение
   Рис. P.8.

   Примечание. Как видно из результатов выполнения цикла Parallel.For, не целесообразно использовать стандартные коллекции для распараллеленного кода, это приводит либо к ошибкам в ходе выполнения программы, либо к тому, что не все элементы будут помещены в коллекцию, это связанно с тем, что несколько потоков могут обращаться к одной и той же позиции коллекции при добавлении элемента.
9. Теперь создадим коллекцию ConcurrentQueue. Для этого сначала подключим директиву для того, что бы использовать параллельную коллекцию:

   using System.Collections.Concurrent
10. Создаем коллекцию ConcurrentQueue с именем collection4:

    static ConcurrentQueue<int> collection4 = new ConcurrentQueue<int>()
11. Добавляем элементы в коллекцию:

    collection4.Enqueue(num)
12. Выводим количество элементов коллекции collection4:

    Console.WriteLine("Коллекция List<int> содержит: 
    {0} элементов \nКоллекция Queue<int> содержит: 
    {1} элементов \nКоллекция ArrayList содержит: 
    {2} элементов \nКоллекция ConcurrentQueue содержит: 
    {3} элементов", collection1.Count, collection2.Count, collection3.Count,collection4.Count)
13. Запустим программу. И если программа отработает безошибочно, то результат будет следующим:
    

    
    увеличить изображение
    Рис. P.9.

    Примечание. Как видно из результата выполнения программы, все элементы (от 0 до 1000000) будут помещены в коллекцию ConcurrentQueue.

    Листинг кода программы:

    using System;
    using System.Collections.Generic;
    using System.Linq;
    using System.Text;
    using System.Collections;
    using System.Threading.Tasks;
    using System.Collections.Concurrent;
    namespace ConcurrentQueueApplication
    {
        class Program
        {
           static List<int> collection1 = new List<int>();
           static Queue<int> collection2 = new Queue<int>();
           static ArrayList collection3 = new ArrayList();
           static ConcurrentQueue<int> collection4 = new ConcurrentQueue<int>();
           static void addNumber(int num)
            {
                try
                {
                    collection1.Add(num);
                    collection2.Enqueue(num);
                    collection3.Add(num);
                    collection4.Enqueue(num);
                }
                catch (Exception exc)
                {
                    Console.WriteLine(exc);
                }
            }
            static void Main(string[] args)
            {
          
                Parallel.For(0, 1000000, i =>
                {
                    addNumber(i);
                });
                Console.WriteLine("Коллекция List<int> содержит: 
      {0} элементов \nКоллекция Queue<int> содержит: 
      {1} элементов \nКоллекция ArrayList содержит: {2} элементов \nКоллекция ConcurrentQueue содержит:
          {3} элементов", collection1.Count, collection2.Count, collection3.Count,collection4.Count);
               Console.ReadLine();
            }
        }
    }