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在 .NET 环境下实现跨进程高频率读写数据

ai 2025/8/11 19:16:39

✅ 技术选型说明

📦 示例场景

🧩 数据结构定义

🚦 核心同步机制

🧑‍💻 消费者实现

⚡ 性能优化技巧

🛠 部署注意事项

📈 性能基准（理论值）

在 .NET 环境下实现跨进程高频率读写数据，通常需要结合高性能通信机制（如共享内存、命名管道或内存映射文件）和线程同步技术。以下是基于 内存映射文件（Memory-Mapped Files） 和 信号量同步 的完整案例，适合高频数据传输场景（如实时传感器数据采集、高频交易日志等）。

技术选型说明

MemoryMappedFile
- 共享内存机制，适合跨进程高速读写
- 通过 MemoryMappedViewAccessor 操作二进制数据
SemaphoreSlim
- 轻量级同步原语，避免忙等待
环形缓冲区（Ring Buffer）
- 高效管理高频数据流，减少锁竞争

示例场景

模拟 传感器数据采集系统：

进程 A：每秒生成 100,000 条传感器数据（包含时间戳和数值）
进程 B：实时消费数据并计算移动平均值

数据结构定义

// 通用数据结构（两个进程需共享定义）
[StructLayout(LayoutKind.Sequential, Pack = 1)]
public struct SensorData
{public long Timestamp;      // 时间戳（毫秒）public float Value;         // 传感器数值
}

核心同步机制

使用 MemoryMappedFile + Semaphore 实现无锁协作：

// 共享内存布局
const int BufferSize = 1024 * 1024; // 1MB 缓冲区
const string MapName = "SensorDataBuffer";
const string WriteSemaphore = "SensorWriteSemaphore";
const string ReadSemaphore = "SensorReadSemaphore";// 生产者写入逻辑
using var mmf = MemoryMappedFile.CreateOrOpen(MapName, BufferSize);
using var writerSem = new SemaphoreSlim(1, 1); // 写信号量
using var readerSem = new SemaphoreSlim(0, 1); // 读信号量var accessor = mmf.CreateViewAccessor();
int writeIndex = 0;for (int i = 0; i < 1000000; i++)
{await writerSem.WaitAsync(); // 等待写权限var data = new SensorData{Timestamp = DateTime.Now.Ticks,Value = (float)(Math.Sin(i * 0.01) * 100)};accessor.Write(writeIndex, ref data);writeIndex += Marshal.SizeOf<SensorData>();if (writeIndex >= BufferSize)writeIndex = 0; // 环形缓冲区readerSem.Release(); // 通知消费者
}

消费者实现

// 消费者读取逻辑
using var mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting(MapName);
using var writerSem = new SemaphoreSlim(1, 1);
using var readerSem = new SemaphoreSlim(0, 1);var accessor = mmf.CreateViewAccessor();
int readIndex = 0;
float sum = 0;
int count = 0;while (true)
{await readerSem.WaitAsync(); // 等待数据var data = new SensorData();accessor.Read(readIndex, out data);readIndex += Marshal.SizeOf<SensorData>();if (readIndex >= BufferSize)readIndex = 0;writerSem.Release(); // 归还写权限// 计算移动平均（示例）sum += data.Value;count++;if (count % 100 == 0){Console.WriteLine($"Moving Avg: {sum / 100:F2}");sum = 0;count = 0;}
}