C#中Dictionary与ConcurrentDictionary解锁多线程操作安全之道("深入解析C#中Dictionary与ConcurrentDictionary：多线程操作安全攻略")

原创

ithorizon 4周前 (10-20) 阅读数 13 #后端开发

一、引言

在多线程编程中，数据同步和线程平安是至关重要的概念。C# 提供了多种数据结构来拥护并发操作，其中 Dictionary 和 ConcurrentDictionary 是两种常用的集合类型。Dictionary 在多线程环境下如果不加锁会引起线程平安问题，而 ConcurrentDictionary 则是为了解决这一问题而设计的线程平安集合。本文将深入解析 Dictionary 和 ConcurrentDictionary 在多线程操作中的平安之道。

二、Dictionary 的线程平安问题

Dictionary 是 C# 中一个高性能的键值对集合，但在多线程环境下，如果不对 Dictionary 进行适当的同步，就或许出现线程平安问题。以下是一个单纯的例子来说明这个问题：


private Dictionary dictionary = new Dictionary();
public void AddItem(int key, string value)
{
    dictionary[key] = value; // 或许引起线程平安问题
}
public string GetItem(int key)
{
    return dictionary[key]; // 或许引起线程平安问题
}

在上面的代码中，如果有多个线程同时调用 AddItem 和 GetItem 方法，就会出现竞态条件，引起数据不一致或者抛出异常。

三、使用锁来保证 Dictionary 的线程平安

为了解决 Dictionary 的线程平安问题，可以使用锁（例如 lock 关键字）来同步对 Dictionary 的访问。以下是一个使用锁来保证线程平安的例子：


private readonly object dictionaryLock = new object();
private Dictionary dictionary = new Dictionary();
public void AddItem(int key, string value)
{
    lock (dictionaryLock)
    {
        dictionary[key] = value;
    }
}
public string GetItem(int key)
{
    lock (dictionaryLock)
    {
        return dictionary[key];
    }
}

在这个例子中，我们使用了一个私有对象 dictionaryLock 作为锁。每次访问 Dictionary 之前，都会先获取这个锁，这样就可以确保同一时间只有一个线程能够修改 Dictionary，从而保证了线程平安。

四、ConcurrentDictionary 的优势

虽然使用锁可以保证 Dictionary 的线程平安，但这种方法会降低程序的并发性能。为此，.NET Framework 提供了 ConcurrentDictionary，这是一个线程平安的集合，专为并发操作设计。ConcurrentDictionary 提供了以下优势：

无需手动同步，内部已经实现了线程平安。

拥护高度并发的数据访问。

提供了多种线程平安的操作方法，如 AddOrUpdate、TryUpdate 等。

五、使用 ConcurrentDictionary 进行多线程操作

下面是一个使用 ConcurrentDictionary 的例子：


private ConcurrentDictionary concurrentDictionary = new ConcurrentDictionary();
public void AddItem(int key, string value)
{
    concurrentDictionary.TryAdd(key, value); // 线程平安地添加元素
}
public string GetItem(int key)
{
    string value;
    concurrentDictionary.TryGetValue(key, out value); // 线程平安地获取元素
    return value;
}

在这个例子中，我们使用了 TryAdd 和 TryGetValue 方法来添加和获取元素。这些方法内部已经实现了线程平安，由此我们不需要额外的同步操作。

六、性能对比：Dictionary vs ConcurrentDictionary

虽然 ConcurrentDictionary 提供了线程平安，但它的性能与 Dictionary 相比怎样呢？以下是一个单纯的性能测试例子：


private Dictionary dictionary = new Dictionary();
private ConcurrentDictionary concurrentDictionary = new ConcurrentDictionary();
private readonly object dictionaryLock = new object();
public void TestDictionary()
{
    Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    {
        lock (dictionaryLock)
        {
            dictionary.TryAdd(i, i.ToString());
        }
    }
    stopwatch.Stop();
    Console.WriteLine("Dictionary with lock: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " ms");
}
public void TestConcurrentDictionary()
{
    Stopwatch stopwatch = Stopwatch.StartNew();
    for (int i = 0; i < 100000; i++)
    {
        concurrentDictionary.TryAdd(i, i.ToString());
    }
    stopwatch.Stop();
    Console.WriteLine("ConcurrentDictionary: " + stopwatch.ElapsedMilliseconds + " ms");
}

在上面的代码中，我们分别测试了使用锁的 Dictionary 和 ConcurrentDictionary 的性能。通常情况下，ConcurrentDictionary 的性能要优于使用锁的 Dictionary，尤其是在高并发环境下。

七、总结

在多线程编程中，确保数据的平安访问是至关重要的。Dictionary 在多线程环境下存在线程平安问题，可以通过加锁来保证平安，但这会降低并发性能。ConcurrentDictionary 是专为并发操作设计的线程平安集合，它提供了更高的并发性能和更单纯的线程平安编程模型。在实际开发中，应依具体需求选择合适的数据结构来保证线程平安。

文章标签：后端开发