在.NET中创建阻塞Queue <T>？

我有一个场景，其中有多个线程添加到队列中，并且有多个线程从同一队列中读取。如果队列达到特定大小，则添加队列时将阻塞正在填充队列的所有线程，直到从队列中删除一项为止。

下面的解决方案是我现在正在使用的解决方案，我的问题是：如何改进？是否有一个对象已经在我应该使用的BCL中启用此行为？

internal class BlockingCollection<T> : CollectionBase, IEnumerable
{
    //todo: might be worth changing this into a proper QUEUE

    private AutoResetEvent _FullEvent = new AutoResetEvent(false);

    internal T this[int i]
    {
        get { return (T) List[i]; }
    }

    private int _MaxSize;
    internal int MaxSize
    {
        get { return _MaxSize; }
        set
        {
            _MaxSize = value;
            checkSize();
        }
    }

    internal BlockingCollection(int maxSize)
    {
        MaxSize = maxSize;
    }

    internal void Add(T item)
    {
        Trace.WriteLine(string.Format("BlockingCollection add waiting: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));

        _FullEvent.WaitOne();

        List.Add(item);

        Trace.WriteLine(string.Format("BlockingCollection item added: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));

        checkSize();
    }

    internal void Remove(T item)
    {
        lock (List)
        {
            List.Remove(item);
        }

        Trace.WriteLine(string.Format("BlockingCollection item removed: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
    }

    protected override void OnRemoveComplete(int index, object value)
    {
        checkSize();
        base.OnRemoveComplete(index, value);
    }

    internal new IEnumerator GetEnumerator()
    {
        return List.GetEnumerator();
    }

    private void checkSize()
    {
        if (Count < MaxSize)
        {
            Trace.WriteLine(string.Format("BlockingCollection FullEvent set: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
            _FullEvent.Set();
        }
        else
        {
            Trace.WriteLine(string.Format("BlockingCollection FullEvent reset: {0}", Thread.CurrentThread.ManagedThreadId));
            _FullEvent.Reset();
        }
    }
}

看起来非常不安全（几乎没有同步）；怎么样：

class SizeQueue<T>
{
    private readonly Queue<T> queue = new Queue<T>();
    private readonly int maxSize;
    public SizeQueue(int maxSize) { this.maxSize = maxSize; }

    public void Enqueue(T item)
    {
        lock (queue)
        {
            while (queue.Count >= maxSize)
            {
                Monitor.Wait(queue);
            }
            queue.Enqueue(item);
            if (queue.Count == 1)
            {
                // wake up any blocked dequeue
                Monitor.PulseAll(queue);
            }
        }
    }
    public T Dequeue()
    {
        lock (queue)
        {
            while (queue.Count == 0)
            {
                Monitor.Wait(queue);
            }
            T item = queue.Dequeue();
            if (queue.Count == maxSize - 1)
            {
                // wake up any blocked enqueue
                Monitor.PulseAll(queue);
            }
            return item;
        }
    }
}

（编辑）

实际上，您想要一种关闭队列的方法，以使读者开始干净地退出-也许像是布尔标志-如果设置了，则空队列只会返回（而不是阻塞）：

bool closing;
public void Close()
{
    lock(queue)
    {
        closing = true;
        Monitor.PulseAll(queue);
    }
}
public bool TryDequeue(out T value)
{
    lock (queue)
    {
        while (queue.Count == 0)
        {
            if (closing)
            {
                value = default(T);
                return false;
            }
            Monitor.Wait(queue);
        }
        value = queue.Dequeue();
        if (queue.Count == maxSize - 1)
        {
            // wake up any blocked enqueue
            Monitor.PulseAll(queue);
        }
        return true;
    }
}

使用.net 4 BlockingCollection，使用Add（）入队，使用Take（）出队。它在内部使用非阻塞ConcurrentQueue。这里更多的信息快速和最佳生产者/消费者队列技术BlockingCollection VS并发队列

“如何改善？”

好吧，您需要查看类中的每个方法，并考虑如果另一个线程同时调用该方法或任何其他方法会发生什么。例如，您将锁置于Remove方法中，而不是Add方法中。如果一个线程在同时添加而另一个线程在删除，该怎么办？坏事。

还应考虑一种方法可以返回第二个对象，该对象提供对第一个对象的内部数据的访问权限，例如GetEnumerator。想象一个线程正在通过该枚举器，另一个线程正在同时修改列表。不好。

一个好的经验法则是通过将类中的方法数量减少到绝对最小来使这种方法更容易实现。

特别是，不要继承另一个容器类，因为您将公开该类的所有方法，为调用者提供一种破坏内部数据的方式，或查看对数据的部分完成的更改（同样糟糕，因为数据似乎在此时已损坏）。隐藏所有细节，对如何允许访问它们完全无情。

我强烈建议您使用现成的解决方案-获得有关线程的书或使用3rd party库。否则，根据您的尝试，您将需要长时间调试代码。

另外，Remove返回一个项目（例如，由于队列而首先添加的项目），而不是调用者选择特定项目，是否更有意义？而且当队列为空时，也许Remove也应该阻塞。

更新：Marc的答案实际上实现了所有这些建议！:)但我将其保留在此处，因为这可能有助于理解为什么他的版本如此改进。

您可以在System.Collections.Concurrent命名空间中使用BlockingCollection和ConcurrentQueue

 public class ProducerConsumerQueue<T> : BlockingCollection<T>
{
    /// <summary>
    /// Initializes a new instance of the ProducerConsumerQueue, Use Add and TryAdd for Enqueue and TryEnqueue and Take and TryTake for Dequeue and TryDequeue functionality
    /// </summary>
    public ProducerConsumerQueue()  
        : base(new ConcurrentQueue<T>())
    {
    }

  /// <summary>
  /// Initializes a new instance of the ProducerConsumerQueue, Use Add and TryAdd for Enqueue and TryEnqueue and Take and TryTake for Dequeue and TryDequeue functionality
  /// </summary>
  /// <param name="maxSize"></param>
    public ProducerConsumerQueue(int maxSize)
        : base(new ConcurrentQueue<T>(), maxSize)
    {
    }



}

我只是使用Reactive Extensions敲了一下，并想起了这个问题：

public class BlockingQueue<T>
{
    private readonly Subject<T> _queue;
    private readonly IEnumerator<T> _enumerator;
    private readonly object _sync = new object();

    public BlockingQueue()
    {
        _queue = new Subject<T>();
        _enumerator = _queue.GetEnumerator();
    }

    public void Enqueue(T item)
    {
        lock (_sync)
        {
            _queue.OnNext(item);
        }
    }

    public T Dequeue()
    {
        _enumerator.MoveNext();
        return _enumerator.Current;
    }
}

不一定完全安全，但非常简单。

这就是我选择线程安全的有界阻塞队列的方法。

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Text;
using System.Threading;

public class BlockingBuffer<T>
{
    private Object t_lock;
    private Semaphore sema_NotEmpty;
    private Semaphore sema_NotFull;
    private T[] buf;

    private int getFromIndex;
    private int putToIndex;
    private int size;
    private int numItems;

    public BlockingBuffer(int Capacity)
    {
        if (Capacity <= 0)
            throw new ArgumentOutOfRangeException("Capacity must be larger than 0");

        t_lock = new Object();
        buf = new T[Capacity];
        sema_NotEmpty = new Semaphore(0, Capacity);
        sema_NotFull = new Semaphore(Capacity, Capacity);
        getFromIndex = 0;
        putToIndex = 0;
        size = Capacity;
        numItems = 0;
    }

    public void put(T item)
    {
        sema_NotFull.WaitOne();
        lock (t_lock)
        {
            while (numItems == size)
            {
                Monitor.Pulse(t_lock);
                Monitor.Wait(t_lock);
            }

            buf[putToIndex++] = item;

            if (putToIndex == size)
                putToIndex = 0;

            numItems++;

            Monitor.Pulse(t_lock);

        }
        sema_NotEmpty.Release();


    }

    public T take()
    {
        T item;

        sema_NotEmpty.WaitOne();
        lock (t_lock)
        {

            while (numItems == 0)
            {
                Monitor.Pulse(t_lock);
                Monitor.Wait(t_lock);
            }

            item = buf[getFromIndex++];

            if (getFromIndex == size)
                getFromIndex = 0;

            numItems--;

            Monitor.Pulse(t_lock);

        }
        sema_NotFull.Release();

        return item;
    }
}

我还没有完全探索过TPL，但是它们可能有满足您需求的东西，或者至少是一些Reflector饲料可以从中获取灵感。

希望有帮助。

好吧，你可能会看System.Threading.Semaphore课。除此之外-不，您必须自己制作。AFAIK没有此类内置集合。

如果您想要最大的吞吐量，允许多个读取器读取而只有一个写入器写入，则BCL有一个称为ReaderWriterLockSlim的东西，可以帮助减少代码的数量。