c# - 在 C# 中实现阻塞队列

Question

我使用下面的代码来实现和测试阻塞队列。我通过启动 5 个并发线程(移除器)从队列中拉出项目来测试队列，如果队列为空则阻塞，并启动 1 个并发线程(加法器)间歇性地将项目添加到队列中。但是，如果我让它运行足够长的时间，我会得到一个异常，因为即使队列为空，移除线程之一也会退出等待状态。

有谁知道为什么我得到异常？请注意，我很想知道为什么这与有效的解决方案不同(因为我可以谷歌搜索)。

非常感谢您的帮助。

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

namespace Code
{
    class Queue<T>
    {
        private List<T> q = new List<T>();

        public void Add(T item)
        {
            lock (q)
            {
                q.Add(item);
                if (q.Count == 1)
                {
                    Monitor.Pulse(q);
                }
            }
        }

        public T Remove()
        {
            lock (q)
            {
                if (q.Count == 0)
                {
                    Monitor.Wait(q);
                }
                T item = q[q.Count - 1];
                q.RemoveAt(q.Count - 1);
                return item;
            }
        }
    }

    class Program
    {
        static Random r = new Random();
        static Queue<int> q = new Queue<int>();
        static int count = 1;
        static void Adder()
        {
            while (true)
            {
                Thread.Sleep(1000 * ((r.Next() % 5) + 1));
                Console.WriteLine("Will try to add");
                q.Add(count++);
            }
        }

        static void Remover()
        {
            while (true)
            {
                Thread.Sleep(1000 * ((r.Next() % 5) + 1));
                Console.WriteLine("Will try to remove");
                int item = q.Remove();
                Console.WriteLine("Removed " + item);
            }
        }

        static void Main(string[] args)
        {
            Console.WriteLine("Test");

            for (int i = 0; i < 5; i++)
            {
                Thread remover = new Thread(Remover);
                remover.Start();
            }

            Thread adder = new Thread(Adder);
            adder.Start();
        }
    }
}

Answer 1

if I leave it running for long enough I get an exception because one of the remover threads comes out of a waiting state even when the queue is empty. Does anyone know why I get the exception?

这个问题很奇怪，因为您显然知道答案:您的第一句话回答了第二句话提出的问题。 您得到异常是因为当队列为空时移除线程退出等待状态。

要解决此问题，您需要使用循环而不是“if”。正确的代码是:

while(q.Count == 0) Monitor.Wait(q);

不是

if(q.Count == 0) Monitor.Wait(q);

更新:

有评论者指出，您的问题可能是“队列为空时，消费者线程在什么情况下可以获得监视器？”

嗯，您比我们更有能力回答这个问题，因为您是运行程序并查看输出的人。但就在我的脑海中，这是一种可能发生的方式:

• 消费者线程 1:WAITING
• 消费者线程 2:准备就绪
• 生产者线程 3:拥有监视器
• 队列中只有一个元素。
• 线程 3 个脉冲。
• 线程 1 进入就绪状态。
• 线程 3 放弃监视器。
• 线程 2 进入监视器。
• 线程 2 消费队列中的项目
• 线程 2 放弃监视器。
• 线程 1 进入监视器。

现在线程 1 在监视器中，队列为空。

一般来说，在推理这类问题时，您应该将“Pulse”想象成一只附有便条的鸽子。一旦被释放，它就与发件人没有联系，如果找不到它的家，它就会死在荒野中，而它的信息也没有送达。当你使用 Pulse 时，你所知道的是，如果有任何线程在等待，那么一个线程将在未来的某个时间进入就绪状态；您对线程操作的相对时间一无所知。