在并行计算中，不可避免的会碰到多个任务共享变量，实例，集合。虽然task自带了两个方法：task.ContinueWith()和Task.Factory
.ContinueWhenAll()来实现任务串行化，但是这些简单的方法远远不能满足我们实际的开发需要，从.net 4.0开始，类库给我们提供了很多
的类来帮助我们简化并行计算中复杂的数据同步问题。
大体上分为二种：
① 并发集合类: 这个在先前的文章中也用到了，他们的出现不再让我们过多的关注同步细节。
② 轻量级同步机制: 相对于老版本中那些所谓的重量级同步机制而言,新的机制更加节省cpu的额外开销。
关于并发集合类没什么好讲的，如果大家熟悉非线程安全的集合，那么这些并发的集合对你来说小菜一碟，这一篇和下一篇我们仔细来玩玩这
些轻量级的同步机制。
一：Barrier（屏障同步）
1：基本概念
msdn对它的解释是：使多个任务能够采用并行方式依据某种算法在多个阶段中协同工作。乍一看有点不懂，没关系，我们采取提干法。
”多个任务“，”多个阶段”，“协同”，仔细想想知道了，下一阶段的执行必须等待上一个阶段中多task全部执行完，那么我们实际中有这样
的需求吗？当然有的，比如我们数据库中有100w条数据需要导入excel，为了在数据库中加速load，我们需要开多个任务去跑，比如这
里的4个task，要想load产品表，必须等4个task都跑完用户表才行，那么你有什么办法可以让task为了你两肋插刀呢？它就是Barrier。
好，我们知道barrier叫做屏障，就像下图中的“红色线”，如果我们的屏障设为4个task就认为已经满了的话，那么执行中先到的task必须等待
后到的task，通知方式也就是barrier.SignalAndWait()，屏障中线程设置操作为new Barrier(4,(i)=>{})。
啰嗦了半天，还是上下代码说话：
1 using System.Collections.Concurrent;
2 using System.Threading.Tasks;
3 using System;
4 using System.Diagnostics;
5 using System.Collections.Generic;
6 using System.Linq;
7 using System.Threading;
8
9 class Program
10 {
11 //四个task执行
12 static Task[] tasks = new Task[4];
13
14 static Barrier barrier = null;
15
16 static void Main(string[] args)
17 {
18 barrier = new Barrier(tasks.Length, (i) =>
19 {
20 Console.WriteLine("**********************************************************");
21 Console.WriteLine("\n屏障中当前阶段编号:{0}\n", i.CurrentPhaseNumber);
22 Console.WriteLine("**********************************************************");
23 });
24
25 for (int j = 0; j < tasks.Length; j++)
26 {
27 tasks[j] = Task.Factory.StartNew((obj) =>
28 {
29 var single = Convert.ToInt32(obj);
30
31 LoadUser(single);
32 barrier.SignalAndWait();
33
34 LoadProduct(single);
35 barrier.SignalAndWait();
36
37 LoadOrder(single);
38 barrier.SignalAndWait();
39 }, j);
40 }
41
42 Task.WaitAll(tasks);
43
44 Console.WriteLine("指定数据库中所有数据已经加载完毕！");
45
46 Console.Read();
47 }
48
49 static void LoadUser(int num)
50 {
51 Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载User部分数据！", num);
52 }
53
54 static void LoadProduct(int num)
55 {
56 Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载Product部分数据！", num);
57 }
58
59 static void LoadOrder(int num)
60 {
61 Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载Order部分数据！", num);
62 }
63 }
2：死锁问题
先前的例子我们也知道，屏障必须等待4个task通过SignalAndWait()来告知自己已经到达，当4个task全部达到后，我们可以通过
barrier.ParticipantsRemaining来获取task到达状态，那么如果有一个task久久不能到达那会是怎样的情景呢？好，我举个例子。
1 using System.Collections.Concurrent;
2 using System.Threading.Tasks;
3 using System;
4 using System.Diagnostics;
5 using System.Collections.Generic;
6 using System.Linq;
7 using System.Threading;
8
9 class Program
10 {
11 //四个task执行
12 static Task[] tasks = new Task[4];
13
14 static Barrier barrier = null;
15
16 static void Main(string[] args)
17 {
18 barrier = new Barrier(tasks.Length, (i) =>
19 {
20 Console.WriteLine("**********************************************************");
21 Console.WriteLine("\n屏障中当前阶段编号:{0}\n", i.CurrentPhaseNumber);
22 Console.WriteLine("**********************************************************");
23 });
24
25 for (int j = 0; j < tasks.Length; j++)
26 {
27 tasks[j] = Task.Factory.StartNew((obj) =>
28 {
29 var single = Convert.ToInt32(obj);
30
31 LoadUser(single);
32 barrier.SignalAndWait();
33
34 LoadProduct(single);
35 barrier.SignalAndWait();
36
37 LoadOrder(single);
38 barrier.SignalAndWait();
39
40 }, j);
41 }
42
43 Task.WaitAll(tasks);
44
45 barrier.Dispose();
46
47 Console.WriteLine("指定数据库中所有数据已经加载完毕！");
48
49 Console.Read();
50 }
51
52 static void LoadUser(int num)
53 {
54 Console.WriteLine("\n当前任务:{0}正在加载User部分数据！", num);
55
56 if (num == 0)
57 {
58 //num=0：表示0号任务
59 //barrier.ParticipantsRemaining == 0：表示所有task到达屏障才会退出
60 // SpinWait.SpinUntil: 自旋锁，相当于死循环
61 SpinWait.SpinUntil(() => barrier.ParticipantsRemaining == 0);
62 }
63 }
64
65 static void LoadProduct(int num)
66 {
67 Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载Product部分数据！", num);
68 }
69
70 static void LoadOrder(int num)
71 {
72 Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载Order部分数据！", num);
73 }
74 }
我们发现程序在加载User表的时候卡住了，出现了类似死循环，这句SpinWait.SpinUntil(() => barrier.ParticipantsRemaining == 0)中
的ParticipantsRemaining==0 永远也不能成立，导致task0永远都不能退出，然而barrier还在一直等待task0调用SignalAndWait来结束屏障。
结果就是造成了相互等待的尴尬局面,我们下个断点看看情况。
3：超时机制
当我们coding的时候遇到了这种问题还是很纠结的，所以我们必须引入一种“超时机制”，如果在指定的时候内所有的参与者（task）都
没有到达屏障的话，我们就需要取消这些参与者的后续执行，幸好SignalAndWait给我们提供了超时的重载，为了能够取消后续执行，我们
还要采用CancellationToken机制。
1 using System.Collections.Concurrent;
2 using System.Threading.Tasks;
3 using System;
4 using System.Diagnostics;
5 using System.Collections.Generic;
6 using System.Linq;
7 using System.Threading;
8
9 class Program
10 {
11 //四个task执行
12 static Task[] tasks = new Task[4];
13
14 static Barrier barrier = null;
15
16 static void Main(string[] args)
17 {
18 CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource();
19
20 CancellationToken ct = cts.Token;
21
22 barrier = new Barrier(tasks.Length, (i) =>
23 {
24 Console.WriteLine("**********************************************************");
25 Console.WriteLine("\n屏障中当前阶段编号:{0}\n", i.CurrentPhaseNumber);
26 Console.WriteLine("**********************************************************");
27 });
28
29 for (int j = 0; j < tasks.Length; j++)
30 {
31 tasks[j] = Task.Factory.StartNew((obj) =>
32 {
33 var single = Convert.ToInt32(obj);
34
35 LoadUser(single);
36
37 if (!barrier.SignalAndWait(2000))
38 {
39 //抛出异常，取消后面加载的执行
40 throw new OperationCanceledException(string.Format("我是当前任务{0},我抛出异常了！", single), ct);
41 }
42
43 LoadProduct(single);
44 barrier.SignalAndWait();
45
46 LoadOrder(single);
47 barrier.SignalAndWait();
48
49 }, j, ct);
50 }
51
52 //等待所有tasks 4s
53 Task.WaitAll(tasks, 4000);
54
55 try
56 {
57 for (int i = 0; i < tasks.Length; i++)
58 {
59 if (tasks[i].Status == TaskStatus.Faulted)
60 {
61 //获取task中的异常
62 foreach (var single in tasks[i].Exception.InnerExceptions)
63 {
64 Console.WriteLine(single.Message);
65 }
66 }
67 }
68
69 barrier.Dispose();
70 }
71 catch (AggregateException e)
72 {
73 Console.WriteLine("我是总异常:{0}", e.Message);
74 }
75
76 Console.Read();
77 }
78
79 static void LoadUser(int num)
80 {
81 Console.WriteLine("\n当前任务:{0}正在加载User部分数据！", num);
82
83 if (num == 0)
84 {
85 //自旋转5s
86 if (!SpinWait.SpinUntil(() => barrier.ParticipantsRemaining == 0, 5000))
87 return;
88 }
89
90 Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载User数据完毕！", num);
91 }
92
93 static void LoadProduct(int num)
94 {
95 Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载Product部分数据！", num);
96 }
97
98 static void LoadOrder(int num)
99 {
100 Console.WriteLine("当前任务:{0}正在加载Order部分数据！", num);
101 }
102 }
二：spinLock（自旋锁）
我们初识多线程或者多任务时，第一个想到的同步方法就是使用lock或者Monitor，然而在4.0 之后给我们提供了另一把武器spinLock，
如果你的任务持有锁的时间非常短，具体短到什么时候msdn也没有给我们具体的答案，但是有一点值得确定的时，如果持有锁的时候比较
短，那么它比那些重量级别的Monitor具有更小的性能开销，它的用法跟Monitor很相似，下面举个例子，Add2方法采用自旋锁。
1 using System.Collections.Concurrent;
2 using System.Threading.Tasks;
3 using System;
4 using System.Diagnostics;
5 using System.Collections.Generic;
6 using System.Linq;
7 using System.Threading;
8
9 class Program
10 {
11 static SpinLock slock = new SpinLock(false);
12
13 static int sum1 = 0;
14
15 static int sum2 = 0;
16
17 static void Main(string[] args)
18 {
19 Task[] tasks = new Task[100];
20
21 for (int i = 1; i <= 100; i++)
22 {
23 tasks[i - 1] = Task.Factory.StartNew((num) =>
24 {
25 Add1((int)num);
26
27 Add2((int)num);
28
29 }, i);
30 }
31
32 Task.WaitAll(tasks);
33
34 Console.WriteLine("Add1数字总和:{0}", sum1);
35
36 Console.WriteLine("Add2数字总和:{0}", sum2);
37
38 Console.Read();
39 }
40
41 //无锁
42 static void Add1(int num)
43 {
44 Thread.Sleep(100);
45
46 sum1 += num;
47 }
48
49 //自旋锁
50 static void Add2(int num)
51 {
52 bool lockTaken = false;
53
54 Thread.Sleep(100);
55
56 try
57 {
58 slock.Enter(ref lockTaken);
59 sum2 += num;
60 }
61 finally
62 {
63 if (lockTaken)
64 slock.Exit(false);
65 }
66 }
67 }
