C#环形队列的并发访问控制（实现线程安全的高性能队列）

为什么需要并发控制？

在C#多线程编程场景下，多个线程可能同时执行 Enqueue（入队）或 Dequeue（出队）操作。如果没有同步机制，会导致以下问题：

• 多个生产者同时写入导致数据覆盖
• 多个消费者同时读取导致重复消费
• 队列状态（如 count、head、tail）不一致

因此，必须使用锁或其他同步原语来保证线程安全数据结构的行为正确。

实现一个线程安全的环形队列

下面是一个基于 lock 关键字实现的简单但完整的线程安全环形队列：

public class ConcurrentCircularQueue<T>{    private readonly T[] _buffer;    private int _head = 0;    private int _tail = 0;    private int _count = 0;    private readonly object _lock = new object();    public ConcurrentCircularQueue(int capacity)    {        if (capacity <= 0)            throw new ArgumentException("容量必须大于0");        _buffer = new T[capacity];    }    public bool TryEnqueue(T item)    {        lock (_lock)        {            if (_count == _buffer.Length)                return false; // 队列已满            _buffer[_tail] = item;            _tail = (_tail + 1) % _buffer.Length;            _count++;            return true;        }    }    public bool TryDequeue(out T result)    {        lock (_lock)        {            if (_count == 0)            {                result = default(T);                return false; // 队列为空            }            result = _buffer[_head];            _head = (_head + 1) % _buffer.Length;            _count--;            return true;        }    }    public int Count    {        get        {            lock (_lock)            {                return _count;            }        }    }}

代码解析

• _buffer：底层存储数组
• _head / _tail：队列头尾索引
• _count：当前元素数量，用于判断空/满
• _lock：用于同步所有操作的对象锁
• TryEnqueue / TryDequeue：返回 bool 表示操作是否成功，避免异常抛出

使用示例

var queue = new ConcurrentCircularQueue<int>(5);// 生产者线程Task.Run(() =>{    for (int i = 0; i < 10; i++)    {        if (queue.TryEnqueue(i))            Console.WriteLine($"入队: {i}");        Thread.Sleep(100);    }});// 消费者线程Task.Run(() =>{    while (true)    {        if (queue.TryDequeue(out int value))            Console.WriteLine($"出队: {value}");        else            Thread.Sleep(200);    }});Console.ReadKey();

进阶建议

虽然上述实现简单有效，但在高并发场景下，lock 可能成为性能瓶颈。你可以考虑以下优化：

• 使用 ReaderWriterLockSlim（如果读多写少）
• 使用无锁算法（如 CAS 操作配合 Interlocked）
• 直接使用 .NET 提供的 ConcurrentQueue<T>（但它不是环形且无容量限制）

总结

通过本文，你已经学会了如何在 C# 中构建一个支持并发安全队列的环形缓冲区。掌握这种线程安全数据结构的设计思想，对提升你的C#多线程编程能力至关重要。记住，在实际项目中，务必根据性能需求选择合适的同步策略。

关键词回顾：C#环形队列、并发安全队列、C#多线程编程、线程安全数据结构