.NET如何实现一个生产者-消费者队列

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最推荐使用 System.Threading.channel s 实现生产者 - 消费者队列。它支持有界和无界通道,提供 异步 操作与背压机制,适用于多种应用场景,尤其适合现代异步编程模型。

.NET 如何实现一个生产者 - 消费者队列

.net 中实现生产者 - 消费者队列,最推荐的方式是使用 System.Threading.Channels 命名空间 中的 Channel 类。它是 微软 官方为现代异步场景设计的高性能、线程 安全的生产者 - 消费者队列组件,适用于控制台应用、ASP.NET、后台服务等多种场景。

1. 使用 System.Threading.Channels 实现

Channel 提供了两种模式:有界(Bounded)和无界(Unbounded)。它支持同步和异步操作,天然适配 async/await。

安装包(.NET 6 以下可能需要):

Install-Package System.Threading.Channels

示例:异步生产者 - 消费者模型

创建一个有界通道,启动一个生产者任务和一个消费者任务:

using System; using System.Threading.Channels; using System.Threading.Tasks;  var channel = Channel.CreateBounded<string>(10); // 最多存放 10 个消息  // 生产者 _ = Task.Run(async () => {for (int i = 1; i <= 5; i++)     {await channel.Writer.WriteAsync($" 消息 {i}");         console.WriteLine($" 生产: 消息 {i}");         await Task.Delay(100); // 模拟耗时     }     channel.Writer.Complete(); // 关闭写入端});  // 消费者 _ = Task.Run(async () => {await foreach (var msg in channel.Reader.ReadAllAsync())     {Console.WriteLine($" 消费: {msg}");         await Task.Delay(150); // 模拟处理时间     }     Console.WriteLine(" 消费完成。"); });  // 等待一段时间让任务执行 await Task.Delay(2000);

说明:

  • WriteAsync 是线程安全的,当通道满时会自动等待。
  • ReadAllAsync 返回 IAsyncEnumerable,自动监听新消息。
  • 调用 Complete() 表示不再有新数据,消费者会在所有消息处理完后退出。

2. 多生产者或多消费者场景

默认情况下,Channel 支持多个生产者,但只有一个消费者能安全读取。若需多消费者,应使用 UnboundedChannelOptions 或确保 并发 控制。

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允许多个消费者竞争消费:

“`csharp var options = new BoundedChannelOptions(10) {FullMode = BoundedChannelFullMode.Wait, SingleReader = false, // 允许多个消费者 SingleWriter = false // 允许多个生产者};

var channel = Channel.CreateBounded(options);

// 启动 3 个消费者 for (int i = 0; i < 3; i++) {var consumerId = i; _ = Task.Run(async () => {await foreach (var item in channel.Reader.ReadAllAsync()) {Console.WriteLine($” 消费者 {consumerId} 处理: {item}”); await Task.Delay(50); } }); }

<H3>3. 替代方案:BlockingCollection(传统方式)</H3> <p> 在较老项目或不支持 Channel 的框架中,可以使用 <code>BlockingCollection<T></code> 配合 <code>ConcurrentQueue<T></code>。</p>  ```csharp using System.Collections.Concurrent; using System.Threading.Tasks;  var collection = new BlockingCollection<string>(new ConcurrentQueue<string>());  // 生产者 _ = Task.Run(() => {     for (int i = 1; i <= 5; i++)     {collection.Add($" 消息 {i}");         Console.WriteLine($" 生产: {i}");         Task.Delay(100).Wait();}     collection.CompleteAdding(); // 停止添加});  // 消费者 _ = Task.Run(() => {     foreach (var msg in collection.GetConsumingEnumerable())     {Console.WriteLine($" 消费: {msg}");         Task.Delay(150).Wait();} });

注意:BlockingCollection 是同步阻塞的,不如 Channel 适合异步流处理。

4. 在 ASP.NET 中的应用建议

不要在 Web 请求中直接启动后台任务。建议结合 IHostedService 或使用 BackgroundService 来运行消费者。

public class MessageConsumerService : BackgroundService {private readonly ChannelReader<string> _reader;      public MessageConsumerService(ChannelReader<string> reader)     {_reader = reader;}      protected override async Task ExecuteAsync(CancellationToken stoppingToken)     {await foreach (var msg in _reader.ReadAllAsync(stoppingToken))         {Console.WriteLine($" 后台处理: {msg}");         }     } }

注册服务:

“`csharp var channel = Channel.CreateUnbounded(); services.AddSingleton(channel.Reader); services.AddSingleton(channel.Writer); services.AddHostedService(); “`

基本上就这些。优先使用 System.Threading.Channels,它简洁、高效、支持背压(backpressure),是现代 .NET 推荐的实现方式。

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