.NETでブロッキングQueue <T>を作成しますか？

複数のスレッドがキューに追加され、複数のスレッドが同じキューから読み取るシナリオがあります。キューが特定のサイズに達すると、キューから項目が削除されるまで、キューを満たしているすべてのスレッドが追加時にブロックされます。

以下の解決策は私が現在使用しているものであり、私の質問は次のとおりです。これをどのように改善できますか？使用する必要があるBCLでこの動作を既に有効にしているオブジェクトはありますか？

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();
        }
    }
}

これは非常に安全ではないように見えます（ほとんど同期していません）。次のようなものはどうですか：

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;
        }
    }
}

（編集）

実際には、リーダーをきれいに終了できるようにキューを閉じる方法が必要です-おそらくブールフラグのようなもの-設定されている場合、空のキューは（ブロックするのではなく）単に戻ります。

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;
    }
}

.net 4 BlockingCollectionを使用してAdd（）をエンキューし、Take（）を使用してデキューします。内部的には非ブロッキングConcurrentQueueを使用します。詳細はこちら高速で最高のプロデューサー/コンシューマーキューテクニックBlockingCollectionとコンカレントキュー

「どうすればこれを改善できますか？」

さて、クラス内のすべてのメソッドを見て、別のスレッドがそのメソッドまたは他のメソッドを同時に呼び出した場合にどうなるかを検討する必要があります。たとえば、Removeメソッドにはロックを設定しましたが、Addメソッドにはロックを設定しませんでした。1つのスレッドが別のスレッドが削除すると同時に追加するとどうなりますか？悪いこと。

また、メソッドが最初のオブジェクトの内部データへのアクセスを提供する2番目のオブジェクト（たとえば、GetEnumerator）を返す可能性があることも考慮してください。あるスレッドがその列挙子を通過し、別のスレッドが同時にリストを変更していると想像してください。良くない。

経験則としては、クラス内のメソッドの数を最小限に抑えることで、これを簡単に正しく行うことができます。

特に、別のコンテナークラスを継承しないでください。そのクラスのすべてのメソッドが公開され、呼び出し元が内部データを破壊したり、データへの部分的な完全な変更を確認したりできるためです（データがその時点で破損しているように見えます）。すべての詳細を非表示にし、どのようにそれらへのアクセスを許可するかについて完全に冷酷にしてください。

既製のソリューションを使用することを強くお勧めします。スレッドに関する本を入手するか、サードパーティのライブラリを使用してください。そうでなければ、あなたがしようとしていることを考えると、あなたは長い間あなたのコードをデバッグするでしょう。

また、呼び出し側が特定のアイテムを選択するのではなく、Removeがアイテム（たとえば、キュ​​ーであるため最初に追加されたアイテム）を返すほうが理にかなっているのではないでしょうか。キューが空の場合、おそらくRemoveもブロックするはずです。

更新：Marcの答えは実際にこれらすべての提案を実装しています！:)しかし、彼のバージョンがなぜそのような改善であるかを理解するのに役立つかもしれないので、これはここに残しておきます。

System.Collections.Concurrent名前空間でBlockingCollectionおよびConcurrentQueueを使用できます。

 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)
    {
    }



}

私はReactive Extensionsを使用してこれをたたき上げ、この質問を思い出しました：

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;
    }
}

完全に安全である必要はありませんが、非常に単純です。

これは私がスレッドセーフの境界ブロックキューのopに来たものです。

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;
    }
}

私はTPLを完全には調査していませんが、ニーズに合ったもの、または少なくともインスピレーションを得るためのリフレクターフードがあるかもしれません。

お役に立てば幸いです。

まあ、あなたはSystem.Threading.Semaphoreクラスを見るかもしれません。それ以外-いいえ、これは自分で作成する必要があります。私の知る限り、そのような組み込みのコレクションはありません。

最大のスループットが必要で、複数のリーダーが読み取り、1つのライターのみが書き込みを許可する場合、BCLには、コードのスリム化に役立つReaderWriterLockSlimと呼ばれるものがあります...