BlockingCollection<T> 是 C# 中一個非常有用的線程安全集合類，位于 System.Collections.Concurrent 命名空間中。它主要用于在多線程環(huán)境中實現(xiàn) 線程安全的生產(chǎn)者-消費者模式。
以下是關(guān)于 BlockingCollection<T> 的詳細介紹：

什么是 BlockingCollection<T>

BlockingCollection<T> 是一個線程安全的集合，它提供了一種機制，允許一個或多個生產(chǎn)者線程將數(shù)據(jù)添加到集合中，同時允許一個或多個消費者線程從集合中取出數(shù)據(jù)。它內(nèi)部封裝了一個線程安全的集合（如 ConcurrentQueue<T>、ConcurrentStack<T> 或 ConcurrentBag<T>），并提供了阻塞和限制集合大小的功能。

主要特點

• 線程安全：內(nèi)部使用鎖或其他同步機制，確保在多線程環(huán)境下對集合的操作是安全的。
• 阻塞操作：當集合為空時，消費者線程會阻塞等待，直到有數(shù)據(jù)可用；當集合達到最大容量時，生產(chǎn)者線程會阻塞等待，直到有空間可用。
• 限制大小：可以通過構(gòu)造函數(shù)指定集合的最大容量。
• 支持多種底層集合：可以使用 ConcurrentQueue<T>（默認）、ConcurrentStack<T> 或 ConcurrentBag<T> 作為底層存儲結(jié)構(gòu)。

構(gòu)造函數(shù)

BlockingCollection<T> 提供了多種構(gòu)造方式：

// 使用默認的 ConcurrentQueue<T>，無容量限制
var blockingCollection = new BlockingCollection<int>();// 使用默認的 ConcurrentQueue<T>，并指定最大容量
var blockingCollection = new BlockingCollection<int>(10);// 指定底層集合類型
var blockingCollection = new BlockingCollection<int>(new ConcurrentStack<int>());

常用方法

生產(chǎn)者操作

Add(T item)：將一個元素添加到集合中。如果集合已滿，會拋出異常。
TryAdd(T item)：嘗試將一個元素添加到集合中。如果集合已滿，返回 false。
TryAdd(T item, TimeSpan timeout)：嘗試在指定的超時時間內(nèi)將元素添加到集合中。
CompleteAdding()：標記集合不再添加新的元素。消費者線程在集合為空時會收到通知并退出。

消費者操作

Take()：從集合中取出一個元素。如果集合為空，線程會阻塞等待。
TryTake(out T item)：嘗試從集合中取出一個元素。如果集合為空，返回 false。
TryTake(out T item, TimeSpan timeout)：嘗試在指定的超時時間內(nèi)從集合中取出一個元素。
GetConsumingEnumerable()：返回一個可枚舉的集合，消費者可以使用 foreach 遍歷集合中的元素。當調(diào)用 CompleteAdding() 后，枚舉會結(jié)束。

示例代碼

以下是一個簡單的生產(chǎn)者-消費者示例，使用 BlockingCollection<T> 實現(xiàn)：

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading;class Program
{static void Main(){// 創(chuàng)建一個容量為 5 的 BlockingCollectionvar blockingCollection = new BlockingCollection<int>(5);// 啟動生產(chǎn)者線程Thread producerThread = new Thread(() =>{for (int i = 1; i <= 10; i++){blockingCollection.Add(i); // 添加元素Console.WriteLine($"Producer added: {i}");Thread.Sleep(500); // 模擬生產(chǎn)時間}blockingCollection.CompleteAdding(); // 標記不再添加元素});// 啟動消費者線程Thread consumerThread = new Thread(() =>{foreach (var item in blockingCollection.GetConsumingEnumerable()){Console.WriteLine($"Consumer consumed: {item}");Thread.Sleep(1000); // 模擬消費時間}});producerThread.Start();consumerThread.Start();producerThread.Join();consumerThread.Join();}
}

輸出示例

Producer added: 1
Producer added: 2
Consumer consumed: 1
Producer added: 3
Consumer consumed: 2
Producer added: 4
Consumer consumed: 3
Producer added: 5
Consumer consumed: 4
Producer added: 6
Consumer consumed: 5
Producer added: 7
Consumer consumed: 6
Producer added: 8
Consumer consumed: 7
Producer added: 9
Consumer consumed: 8
Producer added: 10
Consumer consumed: 9
Consumer consumed: 10

注意事項

• 線程安全：BlockingCollection<T> 是線程安全的，但需要確保對集合的操作不會與其他非線程安全的操作混用。
• 容量限制：如果集合滿了，生產(chǎn)者線程會阻塞，因此需要合理設(shè)置容量。
• 異常處理：在生產(chǎn)者調(diào)用 Add() 或消費者調(diào)用 Take() 時，可能會拋出異常（如集合已滿或已標記為完成添加）。建議使用 TryAdd() 和 TryTake() 方法來避免異常。
  BlockingCollection<T> 是 C# 中實現(xiàn)線程安全的生產(chǎn)者-消費者模式的利器，它簡化了線程同步的復雜性，非常適合多線程編程場景。

---

串口接收

在使用 BlockingCollection<T> 存儲串口接收的數(shù)據(jù)，并在其他線程中取出時，是否能保證數(shù)據(jù)的順序，主要取決于以下兩個因素：

底層存儲的類型

BlockingCollection<T> 允許指定底層存儲的類型。默認情況下，它使用 ConcurrentQueue<T> 作為底層存儲，而 ConcurrentQueue<T> 是一個先進先出 FIFO的隊列。這意味著數(shù)據(jù)的添加順序和取出順序是一致的，因此可以保證順序。
如果你使用其他類型的底層存儲（如 ConcurrentStack<T> 或自定義的線程安全集合），則順序可能會有所不同。例如：
ConcurrentQueue<T>：保證 FIFO 順序。
ConcurrentStack<T>：保證 LIFO（后進先出）順序。

線程安全和并發(fā)訪問

BlockingCollection<T> 是線程安全的，因此即使在多線程環(huán)境下，數(shù)據(jù)的添加和取出操作也是安全的。只要底層存儲是 FIFO 的（如 ConcurrentQueue<T>），數(shù)據(jù)的順序就能得到保證。

串口數(shù)據(jù)接收的順序性

串口通信本身是按字節(jié)順序接收數(shù)據(jù)的，因此只要數(shù)據(jù)是逐字節(jié)接收并立即添加到 BlockingCollection<T> 中，數(shù)據(jù)的順序就能得到保證。
示例代碼
以下是一個示例，展示如何使用 BlockingCollection<T> 存儲串口接收的數(shù)據(jù)，并在其他線程中按順序取出：

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.IO.Ports;
using System.Threading;class SerialPortExample
{private SerialPort _serialPort;private BlockingCollection<string> _dataQueue = new BlockingCollection<string>();public SerialPortExample(string portName){_serialPort = new SerialPort(portName){BaudRate = 9600,DataBits = 8,Parity = Parity.None,StopBits = StopBits.One,ReadTimeout = 500};_serialPort.DataReceived += SerialPort_DataReceived;}private void SerialPort_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e){try{string data = _serialPort.ReadLine(); // 假設(shè)數(shù)據(jù)以換行符分隔_dataQueue.Add(data); // 將數(shù)據(jù)添加到阻塞集合Console.WriteLine($"Received and added: {data}");}catch (Exception ex){Console.WriteLine($"Error in DataReceived: {ex.Message}");}}public void Start(){_serialPort.Open();Thread consumerThread = new Thread(ConsumeData);consumerThread.Start();}private void ConsumeData(){foreach (var data in _dataQueue.GetConsumingEnumerable()){Console.WriteLine($"Consumed: {data}");// 處理數(shù)據(jù)}}public void Stop(){_dataQueue.CompleteAdding();_serialPort.Close();}static void Main(){SerialPortExample example = new SerialPortExample("COM3");example.Start();Console.WriteLine("Press Enter to exit...");Console.ReadLine();example.Stop();}
}

關(guān)鍵點

• 底層存儲：使用 ConcurrentQueue<T>（默認）可以保證數(shù)據(jù)的 FIFO 順序。
• 線程安全：BlockingCollection<T> 是線程安全的，因此在多線程環(huán)境下不會出現(xiàn)數(shù)據(jù)順序混亂的問題。
• 串口數(shù)據(jù)接收：只要串口接收的數(shù)據(jù)是按順序添加到 BlockingCollection<T> 中的，順序就能得到保證。

因此，只要使用默認的 ConcurrentQueue<T> 作為底層存儲，并且正確處理串口數(shù)據(jù)的接收和添加，BlockingCollection<T> 是可以保證數(shù)據(jù)順序的。