BlockingCollection实现生产者消费者模式

功能特性

BlockingCollection 是一个线程安全集合类，其内封装实现 IProducerConsumerCollection 的各种集合类型，如 ConcurrentQueue、ConcurrentStack 等。主要有以下特性：

1. 可以快速实现生产者-消费者模式；
2. 支持多个生产者（Producer）并发添加元素，多个消费者（Consumer）并发取出元素；
3. 支持设置最大容量，设置最大容量后，生产者会在集合满时阻塞，直到有空间可用
4. 当集合为空时，消费者可以阻塞，等待新元素加入；
5. 当集合满时，生产者可以等待空间释放（可选）
6. 使用GetConsumingEnumerable()返回一个可枚举对象，用于在消费者中遍历集合中的元素。它是一个无限枚举器，只有当集合为空 且 CompleteAdding() 被调用 后，才会退出循环，否则将会阻塞等待；
7. 使用取消标记执行取消操作。

使用场景

场景	描述
多线程任务调度	多个后台线程从集合中获取任务执行
队列式处理	如日志处理、消息队列等
批量数据处理	支持多个生产者并发写入，多个消费者并发读取
异步流处理	结合 GetConsumingEnumerable() 实现持续消费

常用方法

功能	方法
添加元素（生产者方法）	Add(item) / TryAdd(…)
获取元素（消费者方法）	Take() / TryTake(…)
遍历消费（遍历消费）	GetConsumingEnumerable()
标记完成	CompleteAdding()
是否已完成	IsCompleted
集合是否为空	IsEmpty
最大容量	通过构造函数传参控制

构造方式

// 使用默认内部队列（ConcurrentQueue<T>）
BlockingCollection<string> collection = new BlockingCollection<string>();

// 指定最大容量（有界集合）
BlockingCollection<string> boundedCollection = new BlockingCollection<string>(new ConcurrentQueue<string>(), 10);

// 使用其他集合类型（例如 ConcurrentStack）
BlockingCollection<int> stackBasedCollection = new BlockingCollection<int>(new ConcurrentStack<int>());

生产者消费者模式示例

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static void Main()
    {
        var collection = new BlockingCollection<string>();

        // 消费者任务
        Task consumerTask = Task.Run(() =>
        {
            foreach (var item in collection.GetConsumingEnumerable())
            {
                Console.WriteLine($"消费: {item}");
            }
            Console.WriteLine("消费结束");
        });

        // 生产者任务
        Task producerTask = Task.Run(() =>
        {
            for (int i = 1; i <= 5; i++)
            {
                collection.Add($"Item{i}");
                Console.WriteLine($"生产: Item{i}");
                Task.Delay(500).Wait();
            }

            collection.CompleteAdding(); // 完成生产
        });

        Task.WaitAll(consumerTask, producerTask);
        Console.WriteLine("程序结束");
    }
}

说明：只有调用collection.CompleteAdding()，且collection为空时，consumerTask才可能终止；否则，因为collection.GetConsumingEnumerable()的无限迭代，consumerTask将无法终止。如果某线程确定需要持续后台运行，则可不调用collection.CompleteAdding()。

消费者退出的两种方式

1. 如上代码，在生产者完成添加后，主动调用 CompleteAdding()，当消费者消费所有内容后，则会自动退出。

2. 结合 CancellationToken 来强制退出循环，适用于需要提前终止的情况

var cts = new CancellationTokenSource();
Task consumerTask = Task.Run(() =>
{
    foreach (var item in collection.GetConsumingEnumerable(cts.Token))
    {
        Console.WriteLine($"消费: {item}");
    }
    Console.WriteLine("消费者已退出");
});

在之后，调用cts.Cancel()主动取消消费者。此时会抛出 OperationCanceledException，可以捕获它来更加灵活地控制退出。