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c#题例-2025-06-22 11:19:16

好的!以下是一道专家级别的 C# 程序员逻辑面试题,涉及到多线程、并发控制和性能优化等高级概念:

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### 面试题:实现一个高效的生产者-消费者模式

**问题描述:**

你需要实现一个生产者-消费者模式的场景,其中多个生产者线程向一个共享队列中添加数据,而多个消费者线程从该队列中移除数据。要求如下:

1. **线程安全**:确保在多线程环境下,生产者和消费者可以安全地访问共享队列。
2. **阻塞机制**:当队列已满时,生产者线程需要被阻塞,直到有空间可用;当队列为空时,消费者线程需要被阻塞,直到有数据可用。
3. **高性能**:尽量减少线程间的竞争,提高吞吐量。
4. **扩展性**:代码应易于扩展,支持动态调整生产者和消费者的数量。

**额外要求:**
- 使用 C# 提供的同步原语(如 `Monitor`、`lock`、`SemaphoreSlim` 或 `BlockingCollection`)来实现。
- 不允许使用第三方库或框架。

**提示:**
- 你可以选择实现一个简单的环形缓冲区(Circular Buffer)或者直接使用 C# 的集合类(如 `Queue`)作为共享队列。
- 考虑边界条件,例如队列大小为 0 或生产者/消费者线程数为 0 的情况。

---

### 示例代码框架

以下是一个简化的代码框架,供参考:

```csharp
using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;

class Program
{
// 定义共享队列的最大容量
private static readonly int QueueCapacity = 10;

// 共享队列
private static Queue sharedQueue = new Queue();

// 同步锁对象
private static readonly object lockObject = new object();

static void Main(string[] args)
{
// 启动多个生产者线程
for (int i = 0; i < 3; i++)
{
Thread producerThread = new Thread(Producer);
producerThread.Start();
}

// 启动多个消费者线程
for (int i = 0; i < 2; i++)
{
Thread consumerThread = new Thread(Consumer);
consumerThread.Start();
}

Console.ReadLine();
}

// 生产者逻辑
private static void Producer()
{
int item = 0;
while (true)
{
// 实现线程安全的生产逻辑
lock (lockObject)
{
while (sharedQueue.Count >= QueueCapacity)
{
Monitor.Wait(lockObject); // 队列已满,等待
}

sharedQueue.Enqueue(item++);
Console.WriteLine($"Produced: {item - 1}");
Monitor.PulseAll(lockObject); // 通知所有等待的线程
}

Thread.Sleep(100); // 模拟生产延迟
}
}

// 消费者逻辑
private static void Consumer()
{
while (true)
{
// 实现线程安全的消费逻辑
lock (lockObject)
{
while (sharedQueue.Count == 0)
{
Monitor.Wait(lockObject); // 队列为空,等待
}

int consumedItem = sharedQueue.Dequeue();
Console.WriteLine($"Consumed: {consumedItem}");
Monitor.PulseAll(lockObject); // 通知所有等待的线程
}

Thread.Sleep(150); // 模拟消费延迟
}
}
}
```

---

### 问题扩展

1. 如果将队列替换为 `BlockingCollection`,如何修改代码?性能会有哪些变化?
2. 如何通过性能测试工具(如 BenchmarkDotNet)评估不同实现的性能差异?
3. 如果需要支持优先级队列,应该如何修改代码?

希望这道题目能够充分考验候选人的多线程编程能力和逻辑思维!

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