设计一个贴片机（Surface-Mount Technology Machine, SMT Machine）的软件框架，需要满足高效（高吞吐量）、可靠（错误处理和一致性）、可扩展（支持多设备协作）

设计一个贴片机（Surface-Mount Technology Machine, SMT Machine）的软件框架，需要满足高效（高吞吐量）、可靠（错误处理和一致性）、可扩展（支持多设备协作）的要求。

结合 C# 中的并发工具（System.Collections.Concurrent）、多线程同步工具（如 lock、SemaphoreSlim）、异步编程工具（如 Task、Task.WhenAll）、并发编程模式（如生产者-消费者）、并行编程工具（如 Parallel、PLINQ）、死锁预防策略，以及分布式锁（如 ZooKeeper），以下是一个完整的贴片机软件框架设计，包括详细的设计思路、完整代码示例和测试用例。

1. 框架设计思路

1.1 需求分析贴片机的软件系统需要：

高效:

并行处理多个贴装任务（如拾取元器件、定位、贴装）。
异步执行 I/O 操作（如传感器读取、硬件通信）。
优化资源利用（如机械臂、传送带）。

可靠:

确保任务互斥执行，避免资源冲突。
处理硬件故障、网络中断等异常。
分布式环境中保证一致性。

可扩展:

支持动态添加贴片机节点。
模块化设计，易于扩展功能（如新硬件、算法）。
支持分布式协调（如多台机器共享传送带）。

1.2 框架组件

任务调度模块:

使用 BlockingCollection<T> 实现生产者-消费者模式，管理贴装任务队列。
使用 Parallel.ForEach 并行处理任务。

资源管理模块:

使用 SemaphoreSlim 限制机械臂或传送带的并发访问。
使用 ConcurrentDictionary 存储任务状态。

异步操作模块:

使用 async/await 和 Task.WhenAll 异步处理硬件 I/O 和通信。
使用 IAsyncEnumerable 处理实时传感器数据流。

分布式协调模块:

使用 ZooKeeper 实现分布式锁，协调多台贴片机对共享资源（如传送带）的访问。

死锁预防模块:

实现锁顺序、超时机制、避免嵌套锁等策略。

监控与日志模块:

使用 ILogger 记录任务执行、锁操作和异常。

错误处理模块:

捕获硬件、网络异常，实现重试机制。

1.3 使用的工具与模式

并发工具: ConcurrentQueue<T>, ConcurrentDictionary<TKey, TValue>。
多线程同步工具: lock, SemaphoreSlim, ReaderWriterLockSlim, Barrier, CountdownEvent.
异步编程工具: Task, Task.WhenAll, CancellationToken, IAsyncEnumerable.
并发编程模式: 生产者-消费者、限流、任务协调、异步流。
并行编程工具: Parallel.ForEach, PLINQ, Task.
死锁预防策略: 锁顺序、超时机制、避免嵌套锁、轻量级同步。
分布式锁: ZooKeeper 临时顺序节点。

2. 完整代码示例以下是一个完整的贴片机软件框架实现，模拟多台贴片机并行处理贴装任务，协调共享传送带，并包含错误处理和日志记录。

2.1 安装依赖在项目中添加 NuGet 包：bash

dotnet add package ZooKeeperNetEx
dotnet add package Microsoft.Extensions.Logging

2.2 代码实现csharp

using System;
using System.Collections.Concurrent;
using System.Linq;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;
using org.apache.zookeeper;
using Microsoft.Extensions.Logging;
using System.Text;

namespace SmtMachineFramework
{
    class Program
    {
        static async Task Main(string[] args)
        {
            // 初始化日志
            using var loggerFactory = LoggerFactory.Create(builder => builder.AddConsole());
            var logger = loggerFactory.CreateLogger<Program>();

            // 初始化 ZooKeeper 客户端
            string connectString = "localhost:2181"; // 替换为实际 ZooKeeper 地址
            int sessionTimeout = 10000;
            using var zk = new ZooKeeper(connectString, sessionTimeout, new SimpleWatcher(logger));

            // 确保根节点存在
            await EnsureRootNodeAsync(zk, "/smt-locks", logger);

            // 测试贴片机系统
            await TestSmtSystem(zk, logger);
        }

        // 简单的 Watcher 实现
        public class SimpleWatcher : Watcher
        {
            private readonly ILogger _logger;
            public SimpleWatcher(ILogger logger) => _logger = logger;

            public override Task process(WatchedEvent @event)
            {
                _logger.LogInformation($"Watcher triggered: {@event.get_Type()} at {@eve