關於.net環境下跨進程、高頻率讀寫數據的問題

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一、需求背景

1、最近項目要求高頻次地讀寫數據，數據量也不是很大，多表總共加起來在百萬條上下。

單表最大的也在25萬左右，歷史數據表因為不涉及所以不用考慮，

難點在於這個規模的熱點數據，變化非常頻繁。

數據來源於一些檢測設備的采集數據，一些大表，有可能在極短時間內（如幾秒鐘）可能大部分都會變化，

而且主程序也有一些後臺服務需要不斷輪詢、讀寫某種類型的設備，所以要求信息交互時間盡可能短。

2、之前的解決方案是把所有熱點數據，統一加載到共享內存裡邊，到也能夠支撐的住（毫秒級的），但是由於系統架構升級，之前的程序（20年前的）不能兼容。

隻能重新寫一個，最先想到的是用redis，當時把所有API重寫完成後，測試發現效率不行，是的，你沒有看錯，redis也是有使用范圍的。

3、redis讀寫非常快，但是對於大批量讀寫操作我覺得支持不夠，雖然redis支持批量讀寫，但是效率還是不夠快，

對於字符串（string）類型的批量讀寫，我測試過；效率比較好的在每批次200 至 250條之間，處理20萬條數據耗時5秒左右, (PC機，8G，4核)

而對於有序集合（sorted set）類型，批量寫的操作用起來非常別扭，而且沒有修改API（如有其他方式請指教），我測試過，效率沒string類型那麼高

其他類型不適合我的業務場景，就沒考慮使用瞭

4、所以項目組最後決定還是用回共享內存，先決定在.net環境下使用c#的共享內存，這個功能可能使用的人不多，其實在.net4.0版本就已經集成進來瞭

在System.IO.MemoryMappedFile命名空間下。這個類庫讓人很無語，因為裡邊能用的隻有Write、Read這2種方法，而且隻是針對字節的操作，

需要非常多的類型轉換，非常麻煩！想想，隻能以字節為單位去構建一個需要存放百萬級數據的內存數據庫，得多麻煩？

需要手動搞定索引功能，因為要支持各種查詢，最後花瞭一天的時間寫完DEMO，最後測試後發現效率並沒有很大提高，因為當時加瞭互斥量測試，

但是離毫秒級差得遠。這個技術點有興趣的可以瞭解下，園子裡有，如：https://www.cnblogs.com/zeroone/archive/2012/04/18/2454776.html

二、沒錯，第一節寫的太多瞭

1、最後分析，這應該是c#語言的瓶頸，c#對於這種騷操作是不那麼成熟的。

2、最後瞄來瞄去，決定使用VC開發一個dll，在裡邊封裝對內存數據的讀寫功能，然後c#調用

3、本人的C、C++不那麼熟、參考瞭一些實例，比如園子裡的：http://www.cnblogs.com/cwbcwb505/archive/2008/12/08/1350505.html

4、是的，你沒有看錯，2008年的，我還看到一篇更早的，看來底層開發C、C++那麼經久不衰不是沒有道理的，很多技術現在都在用

5、看看什麼是共享內存

三、開始寫代碼瞭

1、首先建2個控制臺項目，支持MFC，

2、先這樣：一個負責創建共享內存，初始化數據

3、再這樣：一個讀寫數據測試，最後修改

4、最後修改下圖片細節，測試一下，看看效果

5、完成瞭，see, 是不是很簡單呀？都會瞭嗎？

四、真的要貼代碼瞭

1、先定義個枚舉返回狀態

typedef enum
{
    Success = 0,
    AlreadyExists = 1,
    Error = 2,
    OverSize = 3
}enumMemory;

2、再定義個結構體用來測試

typedef struct
{
    int        TagID;
    char    TagName[32];
    int        Area;
    double    EngVal;
    double    UpdateTime;
    double    RawMax;
    double    RawMin;
    double    RawVal;
    char    Name[50];
    char    Al;
    double    ASTime;
    char    MaskState;
    double    AMTime;
    char    Cf;
    char    Tdf;
    char    AlarmCode[32];
}TENG;

3、開始創建共享內存

int Create(UINT size)
    {
        // Data
        HANDLE fileMap = CreateFileMapping(INVALID_HANDLE_VALUE, NULL, PAGE_READWRITE, 0, size, “Name”);

        if (fileMap == NULL || fileMap == INVALID_HANDLE_VALUE)
            return Error;

        if (GetLastError() == ERROR_ALREADY_EXISTS)
            return AlreadyExists;

        // init
        void *mapView = MapViewOfFile(fileMap, FILE_MAP_WRITE, 0, 0, size);

        if (mapView == NULL)
            return Error;
        else
            memset(mapView, 0, size);

        return Success;
    }

4、再開始寫數據

int Write(void *pDate, UINT nSize, UINT offset)
    {
        // open
        HANDLE fileMap = OpenFileMapping(FILE_MAP_WRITE, FALSE, “Name”);

        if (fileMap == NULL)
            return Error;

        // hander
        void *mapView = MapViewOfFile(fileMap, FILE_MAP_WRITE, 0, 0, nSize);

        if (mapView == NULL)
            return Error;
        else
            WriteDataPtr = mapView;

        // write
        memcpy(mapView, pDate, nSize);

        UnmapViewOfFile(pMapView);
        return Success;
    }

5、開始讀數據

int Read(void *pData, UINT nSize, UINT offset)
    {
        // open
        HANDLE fileMap = OpenFileMapping(FILE_MAP_READ, FALSE, GetTableName());

        if (fileMap == NULL)
            return Error;

        // hander
        void *pMapView = MapViewOfFile(fileMap, FILE_MAP_READ, 0, 0, nSize);

        if (pMapView == NULL)
            return Error;
        else
            ReadDataPtr = pMapView;

        memcpy(pData, (pMapView, nSize);

        UnmapViewOfFile(pMapView);
        return Success;
    }

6、OK瞭，不復雜，網上都有這些資料，最後我們貼上測試程序

int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
{
    int length = 100000;
    CEng * ceng = new CEng();
    DWORD dwStart = GetTickCount();

    for (int i = 0; i < length; i++) {
        TENG eng;
        ceng->Read(&eng, ceng->size, ceng->size * i);

        eng.EngVal = i;
        ceng->Write(&eng, ceng->size, (i*ceng->size));

        if (i % 10000 == 0 || i == length - 1)
            printf("正在讀寫的Eng.TagName:%s \n", eng.TagName);
    }

    printf("總條數%d,耗時:%d 毫秒 \n", length, GetTickCount() - dwStart);

    // 驗證數據
    TENG eng5000;
    ceng->Read(&eng5000, ceng->size, ceng->size * 5000);
    printf("\n驗證數據 \n");
    printf("第5000個Eng的TagID:%d, EngVal:%lf \n", eng5000.TagID, eng5000.EngVal);


    scanf_s("按任意鍵結束");
    return 0;
}

7、還有寫測試程序

int _tmain(int argc, TCHAR* argv[], TCHAR* envp[])
{
    int length = 100000;
    CEng * ceng = new CEng();
    ceng->Create(ceng->size * length);

    DWORD dwStart = GetTickCount();

    for (int i = 0; i < length; i++)
    {
        TENG eng;
        memset(&eng, 0, ceng->size);

        eng.TagID = i;
        sprintf_s(eng.AlarmCode, "AlarmCode.%d", i);
        sprintf_s(eng.TagName, "TagName.%d", i);

        if (i % 10000 == 0 || i == length - 1)
            printf("正在寫入的Eng.TagName:%s \n", eng.TagName);

        ceng->Write(&eng, ceng->size, (i*ceng->size));
    }


    // print time
    printf("寫入數據完畢,總條數:%d\n", length);
    printf("初始化值共享內存區耗時:%d 毫秒 \n", GetTickCount() - dwStart);


    scanf_s("按任意鍵結束");
    return 0;
}

8、當然得再貼一遍啦

五、差點忘記做成DLL瞭

1、定義外部函數

extern "C" __declspec(dllexport) int ReadFromSharedMemory(TENG *pData, int nSize, int offset)
{
    return ceng->Read(pData, nSize, offset);
}

extern "C" __declspec(dllexport) int WriteToSharedMemory(void *pData, int nSize, int offset)
{
    return ceng->Write(pData, nSize, offset);
}

2、好瞭，VC到此為止，可以去領盒飯瞭，c#進場

public class Lib
    {
        [DllImport("ConsoleApplication4.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        public static extern int ReadFromSharedMemory(IntPtr pData, int nSize, int offset);

        [DllImport("ConsoleApplication4.dll", CallingConvention = CallingConvention.Cdecl)]
        public static extern int WriteToSharedMemory(IntPtr pData, int nSize, int offset);
    }

3、c#測試一下

static void Main(string[] args)
        {
            var length = 100000;
            var startTime = DateTime.Now;
            var size = Marshal.SizeOf(typeof(TEng));
            var intPtrOut = Marshal.AllocHGlobal(size);
            var intPtrIn = Marshal.AllocHGlobal(size);

            for (var i = 0; i < length; i++)
            {
                Lib.ReadFromSharedMemory(intPtrOut, size, size * i);

                var eng = Marshal.PtrToStructure<TEng>(intPtrOut);
                eng.EngVal = i;

                Marshal.StructureToPtr(eng, intPtrIn, true);
                Lib.WriteToSharedMemory(intPtrIn, size, size * i);

                if (i % 10000 == 0)
                    Console.WriteLine("eng.TagID:{0}", eng.TagID);
            }

            Console.WriteLine("總條數{0},耗時:{1} 毫秒", length.ToString(),
                (DateTime.Now - startTime).TotalMilliseconds.ToString());

            // 驗證數據
            var intPtr100 = Marshal.AllocHGlobal(size);
            Lib.ReadFromSharedMemory(intPtr100, size, size * 100);

            var eng100 = Marshal.PtrToStructure<TEng>(intPtr100);

            Console.WriteLine();
            Console.WriteLine("驗證數據");
            Console.WriteLine("第100個Eng的TagID:{0},EngVal:{1}", eng100.TagID, eng100.EngVal);

            Console.ReadKey();
        }

4、165毫秒，相比在VC下運行，差瞭一個數量級，但是，也不錯瞭；

因為c#環境下需要不斷的Marshal.PtrToStructure、Marshal.StructureToPtr，頻繁地把數據在托管內存俞共享內存之間搬運

是需要耗費時間的，這點有更好處理方式的請指教，

六、因為跨線程、進程，所以要考慮加入互斥量哦

1、很簡單，MFC下有現成的類CMutex，加在Write裡邊在看看效率

互斥量是需要耗費資源的，多瞭將進100毫秒

2、讀寫都加上互斥量試試看

又多瞭80多毫秒，

魚與熊掌不可兼得啊。要根據實際運用場景覺得是否加上互斥量

好瞭，人傢51去遊玩、我卻宅傢裡碼程序，可見我的趣味還是挺高的，洗澡、洗衣服、然後去吃飯、一天沒進食瞭，

以上就是.net環境下跨進程、高頻率讀寫數據的詳細內容，更多關於.net跨進程高頻率讀寫數據的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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