前言

這一篇，我們將學(xué)習(xí)用于實(shí)現(xiàn)并行任務(wù)、使得多個(gè)線程有序同步完成多個(gè)階段的任務(wù)。

應(yīng)用場(chǎng)景主要是控制 N 個(gè)線程(可隨時(shí)增加或減少執(zhí)行的線程)，使得多線程在能夠在 M 個(gè)階段中保持同步。

線程工作情況如下：

我們接下來(lái) 將學(xué)習(xí)C# 中的 Barrier ，用于實(shí)現(xiàn)并行協(xié)同工作。

Barrier 類

使多個(gè)任務(wù)能夠采用并行方式依據(jù)某種算法在多個(gè)階段中協(xié)同工作，使多個(gè)線程（稱為“參與者” ）分階段同時(shí)處理算法。

可以使多個(gè)線程（稱為“參與者” ）分階段同時(shí)處理算法。（注意算法這個(gè)詞）

每個(gè)參與者完成階段任務(wù)后后將被阻止繼續(xù)執(zhí)行，直至所有參與者都已達(dá)到同一階段。

Barrier 的構(gòu)造函數(shù)如下：

其中一個(gè)構(gòu)造函數(shù)定義如下：

public Barrier (int participantCount, Action<Barrier> postPhaseAction);

participantCount ：處于的線程數(shù)量，大于0并且小于32767。

postPhaseAction ：在每個(gè)階段后執(zhí)行 Action(委托)。

屬性和方法

在還沒(méi)有清楚這個(gè)類有什么作用前，我們來(lái)看一下這個(gè)類的常用屬性和方法。

大概了解 Barrier 有哪些常用屬性和方法后，我們開(kāi)始編寫示例代碼。

屬性：

方法：

Barrier 翻譯屏障，前面所說(shuō)的 “階段”，在文檔中稱為屏障，官方有一些例子和實(shí)踐場(chǎng)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

本文的教程比較簡(jiǎn)單，你可以先看本教程，再去看看官方示例。

示例

假設(shè)有個(gè)比賽，一個(gè)有三個(gè)環(huán)節(jié)，有三個(gè)小組參加比賽。

比賽有三個(gè)環(huán)節(jié)，小組完成一個(gè)環(huán)節(jié)后，可以去等待區(qū)休息，等待其他小組也完成比賽后，開(kāi)始進(jìn)行下一個(gè)環(huán)節(jié)的比賽。

示例如下：

new Barrier(int,Action) 設(shè)置有多少線程參與，Action 委托設(shè)置每個(gè)階段完成后執(zhí)行哪些動(dòng)作。

.SignalAndWait() 阻止當(dāng)前線程繼續(xù)往下執(zhí)行；直到其他完成也執(zhí)行到此為止。

    class Program
    {
        // Barrier(Int32, Action)
        private static Barrier barrier = new Barrier(3, b =>
                            Console.WriteLine($"\n第 {b.CurrentPhaseNumber + 1} 環(huán)節(jié)的比賽結(jié)束，請(qǐng)?jiān)u分！"));

        static void Main(string[] args)
        {
            // Random 模擬每個(gè)小組完成一個(gè)環(huán)節(jié)比賽需要的時(shí)間
            Thread thread1 = new Thread(() => DoWork("第一小組", new Random().Next(2, 10)));
            Thread thread2 = new Thread(() => DoWork("第二小組", new Random().Next(2, 10)));
            Thread thread3 = new Thread(() => DoWork("第三小組", new Random().Next(2, 10)));

            // 三個(gè)小組開(kāi)始比賽
            thread1.Start();
            thread2.Start();
            thread3.Start();


            Console.ReadKey();
        }
        static void DoWork(string name, int seconds)
        {
            // 第一環(huán)節(jié)
            Console.WriteLine($"\n{name}：開(kāi)始進(jìn)入第一環(huán)節(jié)比賽");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));    // 模擬小組完成環(huán)節(jié)比賽需要的時(shí)間
            Console.WriteLine($"\n    {name}：完成第一環(huán)節(jié)比賽，等待其它小組");
            // 小組完成階段任務(wù)，去休息等待其它小組也完成比賽
            barrier.SignalAndWait();

            // 第二環(huán)節(jié)
            Console.WriteLine($"\n        {name}：開(kāi)始進(jìn)入第二環(huán)節(jié)比賽");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
            Console.WriteLine($"\n        {name}：完成第二環(huán)節(jié)比賽，等待其它小組\n");
            barrier.SignalAndWait();


            // 第三環(huán)節(jié)
            Console.WriteLine($"\n        {name}：開(kāi)始進(jìn)入第三環(huán)節(jié)比賽");
            Thread.Sleep(TimeSpan.FromSeconds(seconds));
            Console.WriteLine($"\n        {name}：完成第三環(huán)節(jié)比賽，等待其它小組\n");
            barrier.SignalAndWait();
        }
    }

上面的示例中，每個(gè)線程都使用了 DoWork() 這個(gè)方法去中相同的事情，當(dāng)然也可以設(shè)置多個(gè)線程執(zhí)行不同的任務(wù)，但是必須保證每個(gè)線程都具有相同數(shù)量的 .SignalAndWait(); 方法。

當(dāng)然 SignalAndWait() 可以設(shè)置等待時(shí)間，如果其他線程遲遲沒(méi)有到這一步，那就繼續(xù)運(yùn)行?？梢员苊馑梨i等問(wèn)題。

到目前，只使用了 SignalAndWait() ，我們繼續(xù)學(xué)習(xí)一下 Barrier 類的其他方法。

新的示例

Barrier.AddParticipant()：添加參與者；

Barrier.RemoveParticipant()：移除參與者；

這里繼續(xù)使用第二節(jié)的示例。

因?yàn)檫@是比賽，老是等待其他小組，會(huì)使得比賽進(jìn)行比較慢。

新的規(guī)則：不必等待最后一名，當(dāng)環(huán)節(jié)只剩下最后一名時(shí)為完成時(shí)，其它小組可以立即進(jìn)行下一個(gè)環(huán)節(jié)的比賽。

? 當(dāng)然，最后一名小組，有權(quán)利繼續(xù)完成比賽。

修改第二小節(jié)的代碼，在 Main 內(nèi)第一行加上 barrier.RemoveParticipant();。

        static void Main(string[] args)
        {
            barrier.RemoveParticipant();
            ... ...

試著再運(yùn)行一下。

說(shuō)明

SignalAndWait() 的 重載比較多，例如 SignalAndWait(CancellationToken)，這里筆者先不講解此方法如何使用。等到寫到后面的異步(Task)，讀者學(xué)到相關(guān)的知識(shí)點(diǎn)，我們?cè)龠^(guò)一次復(fù)習(xí)，這樣由易到難，自然水到渠成。

Barrier 適合用于同時(shí)執(zhí)行相同流程的工作，因?yàn)楣ぷ鲀?nèi)容是相同的，便于協(xié)同。工作流有可能用得上吧。

但是 Barrier 更加適合用于算法領(lǐng)域，可以參考：https://devblogs.microsoft.com/pfxteam/parallel-merge-sort-using-barrier/

到此這篇關(guān)于C#多線程系列之多階段并行線程的文章就介紹到這了。希望對(duì)大家的學(xué)習(xí)有所幫助，也希望大家多多支持腳本之家。

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