读写多线程共享数组

Question

我有以下代码：

const int MAX = 101;
const int MIN_COMBINATORIC = 1000000;

int[,] pascalTriangle = new int[MAX, MAX];

Parallel.For(0, MAX, i =>
{
     pascalTriangle[i, 0] = 1;
     pascalTriangle[i, i] = 1;
}); 

int counter = 0;

Parallel.For(0, MAX, x => Parallel.For(1, x, y => 
{
      int value = pascalTriangle[x - 1, y] + pascalTriangle[x - 1, y - 1];
      Interlocked.Exchange(ref pascalTriangle[x, y], value < MIN_COMBINATORIC ? value : MIN_COMBINATORIC);
      if(value > MIN_COMBINATORIC)
          Interlocked.Increment(ref counter);
}));

Console.WriteLine("Result: {0}", counter);

问题在于它有时会打印出正确答案 (Result: 4075)，但有时会打印出随机（且错误）的答案，例如：

• Result: 2076
• Result: 1771
• Result: 0

我猜这与我在多个线程之间读取和写入共享数组的事实有关。 如您所见，我尝试添加Interlocked.Exhange() 用于线程安全的写操作，但我找不到类似的读取方法（有一个Interlocked.Read() 但它只能读取long 变量）

如何使上述代码以线程安全的方式并发运行？

Answer 1

中的值变量

int value = pascalTriangle[x - 1, y] + pascalTriangle[x - 1, y - 1];

依赖于数组中的两项。由于并发性，这些值可以在添加这两个项目、将它们存储到 value 以及将该值传递到 Interlocked.Exchange 之间发生变化。这意味着当您将value 存储到pascalTriangle[x, y] 中时，pascalTriangle[x - 1, y] 和/或pascalTriangle[x - 1, y - 1] 中的值可能已经改变。

我实际上想不出一个简单的并发解决方案。显而易见的解决方案是不要同时执行此操作。如果这是您要使用的实际代码，那么并发运行它并没有真正的好处，因为它只循环 101 * 101 = 10,201 次，这可以非常快速地完成（初始化三角形的第一个并行代码只循环 101次，因此也可以是单线程的）。如果您要像这样创建多个三角形，那么您可能会从并发创建三角形中受益（换句话说，创建三角形的这个方法是单线程的，但是调用者在不同的线程上多次调用这个方法）。

如果您真的想要一个并发解决方案，您将需要弄清楚如何实现一种锁定机制，该锁定机制可以锁定您正在访问的 3 个数组项，并且（困难的部分）以不会发生死锁的方式锁定它们.而且即使你想出了一个解决方案，所有锁的开销实际上可能会使代码比非并发执行更慢。

Answer 2

您应该考虑在 Systems.Collections.Concurrent 命名空间中使用 BlockingCollection。

如果 BlockingCollection 不能满足您的需求，这个命名空间有一堆不同类型的集合，它们都是线程安全的，例如字典、堆栈、队列等。