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C# 中 ConcurrentDictionary 一定线程安全吗？

2020-12-22 12:01 1336 查看

ConcurrentDictionary<TKey,TValue>

Class 表示可由多个线程同时访问的线程安全的键/值对集合。这也是我们在并发任务中比较常用的一个类型，但它真的是绝对线程安全的吗？

仔细阅读官方文档，我们会发现在文档的底部线程安全性小节里这样描述：

ConcurrentDictionary<TKey,TValue>

的所有公共和受保护的成员都是线程安全的，可从多个线程并发使用。但是，通过一个由

ConcurrentDictionary<TKey,TValue>

实现的接口的成员（包括扩展方法）访问时，不保证其线程安全性，并且可能需要由调用方进行同步。

也就是说，调用 ConcurrentDictionary 本身的方法和属性可以保证都是线程安全的。但是由于 ConcurrentDictionary 实现了一些接口（例如 ICollection、IEnumerable 和 IDictionary 等），使用这些接口的成员（或者这些接口的扩展方法）不能保证其线程安全性。

System.Linq.Enumerable.ToList

方法就是其中的一个例子，该方法是

IEnumerable

的一个扩展方法，在 ConcurrentDictionary 实例上使用该方法，当它被其它线程改变时可能抛出

System.ArgumentException

异常。下面是一个简单的示例：

static void Main(string[] args)
{
var cd = new ConcurrentDictionary<int, int>();
Task.Run(() =>
{
var random = new Random();
while (true)
{
var value = random.Next(10000);
cd.AddOrUpdate(value, value, (key, oldValue) => value);
}
});

while (true)
{
cd.ToList(); //调用 System.Linq.Enumerable.ToList，抛出 System.ArgumentException 异常
}
}

System.Linq.Enumerable.ToList

扩展方法：

发生异常是因为扩展方法

ToList

中调用了

List

的构造函数，该构造函数接收一个

IEnumerable<T>

类型的参数，且该构造函数中有一个对

ICollection<T>

的优化（由 ConcurrentDictionary 实现的）。

System.Collections.Generic.List<T>

构造函数：

在

List

的构造函数中，首先通过调用

Count

获取字典的大小，然后以该大小初始化数组，最后调用

CopyTo

将所有

KeyValuePair

项从字典复制到该数组。因为字典是可以由多个线程改变的，在调用

Count

后且调用

CopyTo

前，字典的大小可以增加或者减少。当

ConcurrentDictionary

试图访问数组超出其边界时，将引发

ArgumentException

异常。

ConcurrentDictionary<TKey,TValue> 中实现的 ICollection.CopyTo 方法：

如果您只需要一个包含字典所有项的单独集合，可以通过调用

ConcurrentDictionary.ToArray

方法来避免此异常。它完成类似的操作，但是操作之前先获取了字典的所有内部锁，保证了线程安全性。

注意，不要将此方法与

System.Linq.Enumerable.ToArray

扩展方法混淆，调用

Enumerable.ToArray

像

Enumerable.ToList

一样，可能引发

System.ArgumentException

异常。

看下面的代码中：

static void Main(string[] args)
{
var cd = new ConcurrentDictionary<int, int>();
Task.Run(() =>
{

1044
var random = new Random();
while (true)
{
var value = random.Next(10000);
cd.AddOrUpdate(value, value, (key, oldValue) => value);
}
});

while (true)
{
cd.ToArray(); //ConcurrentDictionary.ToArray, OK.
}
}

此时调用

ConcurrentDictionary.ToArray

，而不是调用

Enumerable.ToArray

，因为后者是一个扩展方法，前者重载解析的优先级高于后者。所以这段代码不会抛出异常。

但是，如果通过字典实现的接口（继承自 IEnumerable）使用字典，将会调用

Enumerable.ToArray

方法并抛出异常。例如，下面的代码显式地将

ConcurrentDictionary

实例分配给一个

IDictionary

变量：

static void Main(string[] args)
{
System.Collections.Generic.IDictionary<int, int> cd = new ConcurrentDictionary<int, int>();
Task.Run(() =>
{
var random = new Random();
while (true)
{
var value = random.Next(10000);
cd[value] = value;
}
});

while (true)
{
cd.ToArray(); //调用 System.Linq.Enumerable.ToArray，抛出 System.ArgumentException 异常
}
}

此时调用

Enumerable.ToArray

，就像调用

Enumerable.ToList

时一样，引发了

System.ArgumentException

异常。

总结

正如官方文档上所说的那样，ConcurrentDictionary 的所有公共和受保护的成员都是线程安全的，可从多个线程并发调用。但是，通过一个由 ConcurrentDictionary 实现的接口的成员（包括扩展方法）访问时，并不是线程安全的，此时要特别注意。

如果需要一个包含字典所有项的单独集合，可以通过调用

ConcurrentDictionary.ToArray

方法得到，千万不能使用扩展方法

ToList

，因为它不是线程安全的。

参考：

http://blog.i3arnon.com/2018/01/16/concurrent-dictionary-tolist/ ConcurrentDictionary Is Not Always Thread-Safe
https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/api/system.collections.concurrent.concurrentdictionary-2 ConcurrentDictionary<TKey,TValue> Class

作者：技术译民
出品：技术译站

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