ConcurrentDictionary Keys 或 Values 属性是线程安全的

Question

对ConcurrentDictionary线程安全有疑问。 从 API 中，我看到枚举器是线程安全的，但对于键和值属性，我没有看到相同的内容。 我的问题是：

当有其他线程同时修改它时，循环遍历Keys或Values集合是否安全？

Answer 1

虽然我确实喜欢文档，但在有疑问或我觉得我可能假设太多时，我倾向于用一个小程序来验证。

以下代码验证您确实可以安全地枚举值集合，同时从单独的线程添加或删除键到正在发生枚举的线程。 这不会导致通常的集合被修改异常。 更详细地说，这里有几个测试用例

案例 1：枚举值并删除一个键

如果您遵循以下顺序：

• 从线程开始枚举值集合
• 从我们尚未枚举的不同线程中删除一个键
• 继续在原线程上枚举

观察到的行为是删除的键确实会被枚举，因为它在我们开始枚举时存在于值集合中。 不会引发任何异常。

案例 2：枚举值并添加键

• 从线程开始枚举值集合
• 从我们尚未枚举的不同线程添加一个新密钥
• 继续在原线程上枚举

观察到的行为是添加的键不会被枚举，因为当我们开始枚举它时，它不存在于值集合中。 无论我们使用 TryAdd 还是通过直接分配给字典（即 dictionary[key] = value）来添加都不会引发异常。

示例代码

这是演示这两种情况的示例程序：

ConcurrentDictionary<int, int> dictionary = new ConcurrentDictionary<int, int>();

// Seed the dictionary with some arbitrary values; 
for (int i = 0; i < 30; i++)
{
    dictionary.TryAdd(i, i);
}

// Reader thread - Enumerate the Values collection
Task.Factory.StartNew(
        () =>
        {
            foreach (var item in dictionary.Values)
            {
                Console.WriteLine("Item {0}: count: {1}", item, dictionary.Count);
                Thread.Sleep(20);
            }

        }
);

// writer thread - Modify dictionary by adding new items and removing existing ones from the end
Task.Factory.StartNew(
        () =>
        {
            for (int i = 29; i >= 0; i--)
            {
                Thread.Sleep(10);
                //Remove an existing entry 
                int removedValue;
                if (dictionary.TryRemove(i, out removedValue))
                    Console.WriteLine("Removed item {0}", removedValue);
                else
                    Console.WriteLine("Did not remove item {0}", i);

                int iVal = 50 + i*2;
                dictionary[iVal] = iVal;
                Thread.Sleep(10);
                iVal++;
                dictionary.TryAdd(iVal, iVal);
            }
        }
);

Console.ReadKey();

这是发布模式下的输出：

Answer 2

ConcurrentDictionary 表示可以被多个线程并发访问的键值对的线程安全集合。

来源： MSDN

Answer 3

是的，它的线程安全。 但是，即使它是线程安全的，您也不应该使用Keys 、 Values和Count 。

当您使用ConcurrentCollections<T>时尤其如此，因为您希望最大限度地减少锁争用、线程阻塞和内存分配。 如果您关心性能和效率，您确实需要这些东西。

查看参考源以了解原因 - Keys立即调用GetKeys()帮助程序，并在继续之前获取每个锁。 一旦有了锁，它就会将每个键复制到一个new List<TKey> ，并返回一个只读视图——这样就不会有人意外地改变实际上只是键集合的临时副本的东西。 这需要分配相当大的数组，并持有锁很长一段时间，如果你的集合变大了！

Values类似于Keys锁定和复制每个单独的值。 甚至Count获取所有锁，不是为了复制，是为了求和所有内部表段长度。 所有这一切只是为了获得集合中对象的暂时“一致”计数，一旦锁定被释放，这仅作为粗略估计或历史脚注有用。

所以是的，叹息，如果你需要原子一致性，我想这可能是你必须付出的代价。 但！ 也许你比那更幸运。 然后，您可能会意识到您的场景实际上并不需要一致性，并且您可以掌握针对那些不良 API 的性能更高的 API - 例如使用GetEnumerator()来大致了解您的集合中有哪些项目！ GetEnumerator()文档中的注释：

从字典返回的枚举器可以安全地与对字典的读取和写入同时使用，但它不代表字典的即时快照。 通过枚举器公开的内容可能包含在调用 GetEnumerator 后对字典所做的修改。

换句话说，它根本不需要锁定或复制，因为它不需要确保一致性。 万岁！