C# 实现生产者消费者队列

开发过程中经常会碰到这样的场景：需要从一个地方获取一些数据，然后处理数据并将其保存在数据库中。

private void FetchData() {}

private void SaveData() {}

static void Main(string[] args)

{

for (int i = 0; i < 10; i++)

{

FetchData(); // 获取数据

SaveData(); // 处理并保存

}

例如上述代码例子这样顺序执行，执行会很慢，原因是获取数据和处理并保存的过程都可能导致阻塞，然而FetchData()每次取数据并不需要等待上一条数据保存完成再进行。

这样的场景非常适合用生产者消费者队列：生产者就是FetchData()，用来生产数据；消费者SaveData()，用来消费数据。

举个实际例子，我们需要通过一个Web Api获取一些城市的天气情况，并将其保存到数据库中。

实现方式：

需要一个任务队列，生产者可以向队列中插入任务，消费者可以从任务队列中取出任务来执行。
为保证线程安全，使用一个锁来保护这个队列的访问。
制定一个退出策略，在所有任务完成时释放资源。

下边是实现的完整代码：

class Program

    {

        // 任务队列

        static Queue<string> _tasks = new Queue<string>();

        // 为保证线程安全，使用一个锁来保护_task的访问

        readonly static object _locker = new object();

        // 通过 _wh 给工作线程发信号

        static EventWaitHandle _wh = new AutoResetEvent(false);

        static Thread _worker;

        static void Main(string[] args)

        {

            // 需要获取天气情况的城市对应代码

            var cityIds = new List<int> {101280601, 101010100, 101020100, 101110101, 101040100};

            // 任务开始，启动工作线程

            _worker = new Thread(Work);

            _worker.Start();

            // 生产者将数据插入队里中，并给工作线程发信号

            foreach (var cityId in cityIds)

                EnqueueTask(FetchData(cityId));

            // 任务结束

            Dispose();

        }

        /// <summary>执行工作</summary>

        static void Work()

        {

            while (true)

            {

                string work = null;

                lock (_locker)

                {

                    if (_tasks.Count > 0)

                    {

                        work = _tasks.Dequeue(); // 有任务时，出列任务

                        if (work == null)  // 退出机制：当遇见一个null任务时，代表任务结束

                            return;

                    }

                }

                if (work != null)

                    SaveData(work);  // 任务不为null时，处理并保存数据

                else

                    _wh.WaitOne();   // 没有任务了，等待信号

            }

        }

        /// <summary>插入任务</summary>

        static void EnqueueTask(string task)

        {

            lock (_locker)

                _tasks.Enqueue(task);  // 向队列中插入任务 

            _wh.Set();  // 给工作线程发信号

        }

        /// <summary>结束释放</summary>

        static void Dispose()

        {

            EnqueueTask(null);      // 插入一个Null任务，通知工作线程退出

            _worker.Join();         // 等待工作线程完成

            _wh.Close();            // 释放资源

        }

        /// <summary>获取数据</summary>

        static string FetchData(int cityId)

        {

            var wc = new WebClient { Encoding = Encoding.UTF8 };

            var url = string.Format("http://www.weather.com.cn/adat/sk/{0}.html", cityId);

            return wc.DownloadString(url);

        }

        /// <summary>处理保存</summary>

        static void SaveData(string data)

        {

            var weatherInfo = (JsonConvert.DeserializeObject(data, typeof(Dictionary<string, Weatherinfo>)) as Dictionary<string, Weatherinfo>)["weatherinfo"];

            Console.WriteLine("[{0}]：{1} 气温（{2}） 风向（{3}） 风力（{4}）", weatherInfo.Time, weatherInfo.City, weatherInfo.Temp, weatherInfo.Wd, weatherInfo.Ws);

            Thread.Sleep(200);  // 模拟数据保存

        }

    }

    public class Weatherinfo

    {

        public string City { get; set; }

        public string Temp { get; set; }

        public string Time { get; set; }

        public string Wd { get; set; }

        public string Ws { get; set; }

    }

}

解释：

Main方法中，我们首先启动了一个工作线程，由于此时队列中没有任务，因此工作线程在等待信号。
通过EnqueueTask向队列中插入任务，并通过等待句柄_wh发信号给工作线程，工作线程收到信号后就开始执行处理保存。
当生产者获取完所有数据时，插入null任务，并等待工作线程完成。工作线程最后执行到null任务时退出。

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