在并行編程中，經常會遇到多線程間操作共享集合的問題，很多時候大家都很難逃避這個問題做到一種無鎖編程狀態，你也知道一旦給共享集合套上lock之后，并發和伸縮能力往往會造成很大影響，這篇就來談談如何盡可能的減少lock鎖次數甚至沒有。

一：緣由

1. 業務背景

昨天在review代碼的時候，看到以前自己寫的這么一段代碼，精簡后如下：

private static List<long> ExecuteFilterList(int shopID, List<MemoryCacheTrade> trades, List<FilterConditon> filterItemList, MatrixSearchContext searchContext){var customerIDList = new List<long>();var index = 0;Parallel.ForEach(filterItemList, new ParallelOptions() { MaxDegreeOfParallelism = 4 },(filterItem) =>{var context = new FilterItemContext(){StartTime = searchContext.StartTime,EndTime = searchContext.EndTime,ShopID = shopID,Field = filterItem.Field,FilterType = filterItem.FilterType,ItemList = filterItem.FilterValue,SearchList = trades.ToList()};var smallCustomerIDList = context.Execute();lock (filterItemList){if (index == 0){customerIDList.AddRange(smallCustomerIDList);index++;}else{customerIDList = customerIDList.Intersect(smallCustomerIDList).ToList();}}});return customerIDList;}

這段代碼實現的功能是這樣的，filterItemList承載著所有原子化的篩選條件，然后用多線程的形式并發執行里面的item，最后將每個item獲取的客戶人數集合在高層進行整體求交，畫個簡圖就是下面這樣。

2. 問題分析

其實這代碼存在著一個很大的問題，在Parallel中直接使用lock鎖的話，filterItemList有多少個，我的lock就會鎖多少次，這對并發和伸縮性是有一定影響的，現在就來想想怎么優化吧！

3. 測試案例

為了方便演示，我模擬了一個小案例，方便大家看到實時結果，修改后的代碼如下：

public static void Main(string[] args){var filterItemList = new List<string>() { "conditon1", "conditon2", "conditon3", "conditon4", "conditon5", "conditon6" };ParallelTest1(filterItemList);}public static void ParallelTest1(List<string> filterItemList){var totalCustomerIDList = new List<int>();bool isfirst = true;Parallel.ForEach(filterItemList, new ParallelOptions() { MaxDegreeOfParallelism = 2 }, (query) =>{var smallCustomerIDList = GetCustomerIDList(query);lock (filterItemList){if (isfirst){totalCustomerIDList.AddRange(smallCustomerIDList);isfirst = false;}else{totalCustomerIDList = totalCustomerIDList.Intersect(smallCustomerIDList).ToList();}Console.WriteLine($"{DateTime.Now} 被鎖了");}});Console.WriteLine($"最后交集客戶ID:{string.Join(",", totalCustomerIDList)}");}public static List<int> GetCustomerIDList(string query){var dict = new Dictionary<string, List<int>>(){["conditon1"] = new List<int>() { 1, 2, 4, 7 },["conditon2"] = new List<int>() { 1, 4, 6, 7 },["conditon3"] = new List<int>() { 1, 4, 5, 7 },["conditon4"] = new List<int>() { 1, 2, 3, 7 },["conditon5"] = new List<int>() { 1, 2, 4, 5, 7 },["conditon6"] = new List<int>() { 1, 3, 4, 7, 9 },};return dict[query];}------ output ------ 2020/04/21 15:53:34 被鎖了 2020/04/21 15:53:34 被鎖了 2020/04/21 15:53:34 被鎖了 2020/04/21 15:53:34 被鎖了 2020/04/21 15:53:34 被鎖了 2020/04/21 15:53:34 被鎖了 最后交集客戶ID:1,7

二：第一次優化

從結果中可以看到，filterItemList有6個，鎖次數也是6次，那如何降低呢？其實實現Parallel代碼的FCL大神也考慮到了這個問題，從底層給了一個很好的重載，如下所示：

public static ParallelLoopResult ForEach<TSource, TLocal>(OrderablePartitioner<TSource> source, ParallelOptions parallelOptions, Func<TLocal> localInit, Func<TSource, ParallelLoopState, long, TLocal, TLocal> body, Action<TLocal> localFinally);

這個重載很特別，多了兩個參數localInit和localFinally,過會說一下什么意思，先看修改后的代碼體會一下

public static void ParallelTest2(List<string> filterItemList){var totalCustomerIDList = new List<int>();var isfirst = true;Parallel.ForEach<string, List<int>>(filterItemList,new ParallelOptions() { MaxDegreeOfParallelism = 2 },() => { return null; },(query, loop, index, smalllist) =>{var smallCustomerIDList = GetCustomerIDList(query);if (smalllist == null) return smallCustomerIDList;return smalllist.Intersect(smallCustomerIDList).ToList();},(finalllist) =>{lock (filterItemList){if (isfirst){totalCustomerIDList.AddRange(finalllist);isfirst = false;}else{totalCustomerIDList = totalCustomerIDList.Intersect(finalllist).ToList();}Console.WriteLine($"{DateTime.Now} 被鎖了");}});Console.WriteLine($"最后交集客戶ID:{string.Join(",", totalCustomerIDList)}");}------- output ------ 2020/04/21 16:11:46 被鎖了 2020/04/21 16:11:46 被鎖了 最后交集客戶ID:1,7 Press any key to continue . . .

很好，這次優化將lock次數從6次降到了2次，這里我用了?new ParallelOptions() { MaxDegreeOfParallelism = 2 }?設置了并發度為最多2個CPU核，程序跑起來后會開兩個線程，將一個大集合劃分為2個小集合，相當于1個集合3個條件，第一個線程在執行3個條件的起始處會執行你的localInit函數，在3個條件迭代完之后再執行你的localFinally，第二個線程也是按照同樣方式執行自己的3個條件，說的有點晦澀，畫一張圖說明吧。

三：第二次優化

如果你了解Task\這種帶有返回值的Task，這就好辦了，多少個filterItemList就可以開多少個Task，反正Task底層是使用線程池承載的，所以不用怕，這樣就完美的實現無鎖編程。

public static void ParallelTest3(List<string> filterItemList){var totalCustomerIDList = new List<int>();var tasks = new Task<List<int>>[filterItemList.Count];for (int i = 0; i < filterItemList.Count; i++){tasks[i] = Task.Factory.StartNew((query) =>{return GetCustomerIDList(query.ToString());}, filterItemList[i]);}Task.WaitAll(tasks);for (int i = 0; i < tasks.Length; i++){var smallCustomerIDList = tasks[i].Result;if (i == 0){totalCustomerIDList.AddRange(smallCustomerIDList);}else{totalCustomerIDList = totalCustomerIDList.Intersect(smallCustomerIDList).ToList();}}Console.WriteLine($"最后交集客戶ID:{string.Join(",", totalCustomerIDList)}");}------ output -------最后交集客戶ID:1,7 Press any key to continue . . .

四：總結

我們將原來的6個lock優化到了無鎖編程，但并不說明無鎖編程就一定比帶有lock的效率高，大家要結合自己的使用場景合理的使用和混合搭配。

好了，本篇就說到這里，希望對您有幫助。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的我是如何一步步的在并行编程中将lock锁次数降到最低实现无锁编程的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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