之前的文章介紹了了并行編程的一些基礎(chǔ)的知識，從本篇開始，將會講述并行編程中實(shí)際遇到一些問題，接下來的幾篇將會講述數(shù)據(jù)共享問題。

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本篇的議題如下：      

1.數(shù)據(jù)競爭

2.解決方案提出

3.順序的執(zhí)行解決方案

4.數(shù)據(jù)不變解決方案

在開始之前，首先，我們來看一個很有趣的例子：

class BankAccount  
{  
    public int Balance  
    {  
        get;  
        set;  
    }  
}  
class App  
{  
    static void Main(string[] args)  
    {  
        // create the bank account instance  
        BankAccount account = new BankAccount();  
        // create an array of tasks  
        Task[] tasks = new Task[10];  
        for (int i = 0; i < 10; i++)  
        {  
            // create a new task  
            tasks[i] = new Task(() =>  
            {  
                // enter a loop for 1000 balance updates  
                for (int j = 0; j < 1000; j++)  
                {  
                    // update the balance  
                    account.Balance = account.Balance + 1;  
                }  
            });  
            // start the new task  
            tasks[i].Start();  
        }  
 
        // wait for all of the tasks to complete  
        Task.WaitAll(tasks);  
 
        // write out the counter value  
        Console.WriteLine("Expected value {0}, Counter value: {1}",  
        10000, account.Balance);  
 
        // wait for input before exiting  
        Console.WriteLine("Press enter to finish");  
        Console.ReadLine();  
    }  
} 

10個task，每個task都是把BankAccount.Balance自增1000次。之后代碼就等到10個task執(zhí)行完畢，然后打印出Balance的值。大家猜想一下，上次的代碼執(zhí)行完成之后，打印出來的Balance的結(jié)果是多少？

J結(jié)果確實(shí)和大家猜想的一樣：結(jié)果不等于10000。每次執(zhí)行一次上面的代碼，都會得到不同的結(jié)果，而且這些結(jié)果值都在10000左右，如果運(yùn)氣好，可能看到有那么一兩次結(jié)果為10000.為什么會這樣？

下面就是本篇和接下來的幾篇文章要講述的內(nèi)容。

1.數(shù)據(jù)競爭

如果大家對多線程編程比較熟悉，就知道上面情況的產(chǎn)生是因?yàn)?“共享數(shù)據(jù)競爭”導(dǎo)致的(對多線程不熟悉不清楚的朋友也不用擔(dān)心)。當(dāng)有兩個或者更多的task在運(yùn)行并且操作同一個共享公共數(shù)據(jù)的時候，就存在潛在的競爭。如果不合理的處理競爭問題，就會出現(xiàn)上面意想不到的情況。

下面就來分析一下：上面代碼的情況是怎么產(chǎn)生的。

當(dāng)在把a(bǔ)ccount對象的Balance進(jìn)行自增的時候，一般執(zhí)行下面的三個步驟：

1. 讀取現(xiàn)在account對象的Balance屬性的值。
2. 計算，創(chuàng)建一個臨時的新變量，并且把Balance屬性的值賦值給新的變量，而且把新變量的值增加1
3. 把新變量的值再次賦給account的Balance屬性

在理論上面，上面的三個步驟是代碼的執(zhí)行步驟，但是實(shí)際中，由于編譯器，.NET 運(yùn)行時對自增操作的優(yōu)化操作，和操作系統(tǒng)等的因素，在執(zhí)行上面代碼的時候，并不一定是按照我們設(shè)想的那樣運(yùn)行的，但是為了分析的方便，我們還是假設(shè)代碼是按照上面的三個步驟運(yùn)行的。

之前的代碼每次執(zhí)行一次，執(zhí)行代碼的計算機(jī)就每次處于不同的狀態(tài)：CPU的忙碌狀況不同，內(nèi)存的剩余多少不同，等等，所以每次代碼的運(yùn)行，計算機(jī)不可能處于完全一樣的環(huán)境中。

在下面的圖中，顯示了兩個task之間是如何發(fā)生競爭的。當(dāng)兩個task啟動了之后（雖然說是并行運(yùn)算，但是不管這樣，兩個的task的執(zhí)行時間不可能完全一樣，也就是說，不可能恰好就是同時開始執(zhí)行的，起碼在開始執(zhí)行的時間上是有一點(diǎn)點(diǎn)的差異的）。

1．    首先Task1讀取到當(dāng)前的balance的值為0。

2．    然后，task2運(yùn)行了，并且也讀取到當(dāng)前的balance值為0。

3．    兩個task都把balance的值加1

4．    Task1把balance的值加1后，把新的值保存到了balance中

5．    Task2 也把新的保存到了balance中

所以，結(jié)果就是：雖然兩個task 都為balance加1，但是balance的值還是1。

通過這個例子，相信大家應(yīng)該清楚，為什么上面的10個task執(zhí)行1000，而執(zhí)行后的結(jié)果不是10000了。 

2．  解決方案提出

數(shù)據(jù)競爭就好比一個生日party。其中，每一個task都是參加party的人，當(dāng)生日蛋糕出來之后，每個人都興奮了。如果此時，所有的人都一起沖過去拿屬于他們自己的那塊蛋糕，此時party就一團(tuán)糟了，沒有如何順序。

在之前的圖示例講解中，balance那個屬性就好比蛋糕，因?yàn)閠ask1，task2都要得到它，然后進(jìn)行運(yùn)算。當(dāng)我們來讓多個task共享一個數(shù)據(jù)時就可能出現(xiàn)問題。下面列出了四種解決方案：

1．    順序執(zhí)行：也就是讓第一個task執(zhí)行完成之后，再執(zhí)行第二個。

2．    數(shù)據(jù)不變：我們讓task不能修改數(shù)據(jù)。

3．    隔離：我們不共享數(shù)據(jù)，讓每個task都有一份自己的數(shù)據(jù)拷貝。

4．    同步：通過調(diào)整task的執(zhí)行，有序的執(zhí)行task。

注意：同步和以前多線程中的同步，或者數(shù)據(jù)庫操作時的同步概念不一樣

3.順序的執(zhí)行的解決方案

順序的執(zhí)行解決了通過每次只有一個task訪問共享數(shù)據(jù)的方式解決了數(shù)據(jù)競爭的問題，其實(shí)在本質(zhì)上，這種解決方案又回到了之前的單線程編程模型。如果拿之前的party分蛋糕的例子，那么現(xiàn)在就是一次只能允許一個人去拿蛋糕。

4.數(shù)據(jù)不變解決方案

數(shù)據(jù)不變的解決方案就是通過讓數(shù)據(jù)不能被修改的方式來解決共享數(shù)據(jù)競爭。如果拿之前的蛋糕為例子，那么此時的情況就是：現(xiàn)在蛋糕只能看，不能吃。

在C#中，可以同關(guān)鍵字 readonly 和 const來聲明一個字段不能被修改：

public const int AccountNumber=123456;

被聲明為const的字段只能通過類型來訪問：如，上面的AccountNumber是在Blank類中聲明的，那么訪問的方式就是Blank. AccountNumber

readonly的字段可以在實(shí)例的構(gòu)造函數(shù)中修改。

如下代碼：

using System;  
 
class ImmutableBankAccount  
{  
    public const int AccountNumber = 123456;  
    public readonly int Balance;  
    public ImmutableBankAccount(int InitialBalance)  
    {  
        Balance = InitialBalance;  
    }  
    public ImmutableBankAccount()  
    {  
        Balance = 0;  
    }  
}  
 
class App  
{  
    static void Main(string[] args)  
    {  
        // create a bank account with the default balance  
        ImmutableBankAccount bankAccount1 = new ImmutableBankAccount();  
        Console.WriteLine("Account Number: {0}, Account Balance: {1}",  
 
        ImmutableBankAccount.AccountNumber, bankAccount1.Balance);  
 
        // create a bank account with a starting balance  
        ImmutableBankAccount bankAccount2 = new ImmutableBankAccount(200);  
        Console.WriteLine("Account Number: {0}, Account Balance: {1}",  
        ImmutableBankAccount.AccountNumber, bankAccount2.Balance);  
 
        // wait for input before exiting  
        Console.WriteLine("Press enter to finish");  
        Console.ReadLine();  
    }  
} 

數(shù)據(jù)不變的解決方案不是很常用，因?yàn)樗鼘?shù)據(jù)限制太大了。

原文標(biāo)題：.NET 并行(多核)編程系列之七 共享數(shù)據(jù)問題和解決概述 

鏈接：http://www.cnblogs.com/yanyangtian/archive/2010/06/24/1764098.html

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