对于许多写入者来说最有效的锁定单一读取器并发模型？

Question

因此，我有许多线程向我提供输入数据，这些数据必须由单个线程按到达顺序进行处理。目前，所有输入项最终都插入到队列中，并且对队列的读/写操作受到 C# 锁定语句的保护。然而，随着时间的推移，应用程序的 CPU 使用率上升到不可接受的水平，分析器表示大部分 CPU 时间都花在了锁定语句本身上。是否有一种更有效的同步方法可以代替锁，支持多个写入器和一个读取器？

Answer 1

听起来编剧们正在互相争夺锁。考虑一个模型，其中每个写入器都有自己的队列，并且读取器使用 Peek 方法 从每个队列读取第一条消息而不删除它。然后，读取器可以继续在队列之间进行迭代，从每个队列中查看第一项的集合中的第一项，然后删除并处理该第一项。它会比您当前的体系结构慢，但应该消除写入者之间的锁争用。

一个简单的例子可能如下所示：

public class TimestampedItem<T> : IComparable<TimestampedItem<T>>
{
    public DateTime TimeStamp { get; set; }
    public T Data { get; set; }
    public int CompareTo(TimestampedItem<T> other)
    {
        return TimeStamp.CompareTo(other.TimeStamp);
    }
}

public void ReadFirstFromEachQueue<T>(IEnumerable<Queue<TimestampedItem<T>>> queues)
{
    while (true)
    {
        var firstItems = new List<TimestampedItem<T>>(queues.Select(q => { lock (q) { return q.Peek(); } }));
            ProcessItem(firstItems.OrderBy(tsi => tsi.TimeStamp).First());
        }
    }
}

Answer 2

如果您使用的是 .net 版本 4.0，则可以使用 ConcurrentQueue（它是 ConcurrentCollections 的一部分），而不是普通的 Queue 然后在将数据读/写到队列时摆脱锁定，ConcurrentCollections 设计用于使用无锁代码处理并发读/写。

如果您是不使用4.0 您可以仅在没有其他锁跟随的情况下才锁定，您可以通过使用 Monitor.TryEnter 而不是 lock 来实现这一点，请注意< code>lock 本身是 Monitor.Enter 和 Monitor.Exit 组合..，示例实现如下：

private readonly object _syncObject = new object();

private bool TryUpdate(object someData)
{
    if (Monitor.TryEnter(_syncObject))
    {
        try
        {
            //Update the data here.

            return true;
        }
        finally
        {
            Monitor.Exit(_SyncObject);
        }
    }

    return false;
}

Answer 3

这可能对您的应用程序来说是一个很大的变化，但您可以考虑将队列设置为应用程序的外部（例如 MSMQ），然后您可以让编写器线程根据其核心内容写入该队列。然后，您的读者可以在物品准备好后将其取下。如果您的大部分 cpu 时间只是在队列周围的锁上（我假设您实际上并没有锁定放在队列中的项目的工作），那么将队列外部放置到您的应用程序确实会有所帮助。理想情况下，您还可以将写入和读取分成单独的过程。

另一件需要检查的事情是您锁定的对象没有被用来锁定应用程序中的其他位置。监视器（锁定语句背后的东西）可能是最轻量级的线程同步方法，因此最好重新构建事物以避免在处理项目的同一进程中锁定。