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.net - 并发集合中的非并发集合是否安全？

问题描述

我希望开始在我正在处理的项目中实现一些并发功能。我最近发现了System.Collections.Concurrent我打算利用的命名空间。

我用来跟踪动作整体状态的对象本质上是一个包含一些嵌套自定义对象的字典。我的想法是，只要将最高级别的集合配置为并发/线程安全，嵌套集合是否是无关紧要的，因为数据将被更高级别的集合锁定。

这是正确的假设吗？

例如，PowerShell 中的以下内容可以安全使用吗？

[System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary[[String], [MyCustomClass]]]::new()

此外，我有一些自定义类扩展 HashSet 以避免重复。由于 System.Collections。Concurrent 没有 HashSet 类，推荐的同时获得类似功能的方法是什么？

标签： .netpowershellcollectionsconcurrencythread-safety

解决方案

我的想法是，只要将最高级别的集合配置为并发/线程安全，嵌套集合是否是无关紧要的，因为数据将被更高级别的集合锁定。

这是正确的假设吗？

不，这不是一个安全的假设。

假设您创建了一个包含一堆常规哈希表的并发字典：

using namespace System.Collections.Concurrent

# Create thread-safe dictionary
$rootDict = [ConcurrentDictionary[string,hashtable]]::new()
  • $rootDict现在是线程安全的 - 多个线程不能通过'A'覆盖对哈希表的引用来同时修改条目
  • 我们添加到的任何内部哈希表都不$rootDict是线程安全的——它仍然只是一个常规的哈希表

ForEach-Object -Parallel在 PowerShell 7 中，当用于对此类数据结构进行操作时，可以观察到这一点：

using namespace System.Collections.Concurrent

# Create thread-safe dictionary
$rootDict = [ConcurrentDictionary[string,hashtable]]::new()

1..100 |ForEach-Object -Parallel {
  # We need a reference to our safe top-level dictionary
  $dict = $using:rootDict

  # ... and we need a key
  $rootKey = $_ % 2 -eq 0 ? 'even' : 'odd'

  # Thread-safe acquisition of inner hashtable
  $innerDict = $dict.GetOrAdd($rootKey, {param($key) return @{}})

  # Add a bit of jitter for realism
  Start-Sleep -Milliseconds (Get-Random -Minimum 50 -Maximum 250)

  # Update inner hashtable entry
  $innerDict['Counter'] += 1
} -ThrottleLimit 10

# Are these really the results we're expecting...? 
$rootDict['odd','even']

如果内部哈希表条目是线程安全的，可以同时更新，您会期望两个计数器都位于50，但我在笔记本电脑上得到如下结果：

Name                           Value
----                           -----
Counter                        46
Counter                        43

我们可以看到内部“计数器”条目的多次更新在此过程中丢失，可能是由于并发更新。

为了检验这个假设，让我们做同样的实验，但使用另一种并发字典类型而不是哈希表：

using namespace System.Collections.Concurrent

# Create thread-safe dictionary with a thread-safe item type
$rootDict = [ConcurrentDictionary[string,ConcurrentDictionary[string,int]]]::new()

1..100 |ForEach-Object -Parallel {
  # We need a reference to our safe top-level dictionary
  $dict = $using:rootDict

  # ... and we need a key
  $rootKey = $_ % 2 -eq 0 ? 'even' : 'odd'

  # Thread-safe acquisition of inner hashtable
  $innerDict = $dict.GetOrAdd($rootKey, {param($key) return @{}})

  # Add a bit of jitter for realism
  Start-Sleep -Milliseconds (Get-Random -Minimum 50 -Maximum 250)

  # Thread-safe update of inner dictionary
  [void]$innerDict.AddOrUpdate('Counter', {param($key) return 1}, {param($key,$value) return $value + 1})
} -ThrottleLimit 10

# These should be the exact results we're expecting! 
$rootDict['odd','even']

现在我得到：

Key     Value
---     -----
Counter    50
Counter    50

我有一些自定义类扩展 HashSet 以避免重复。由于 System.Collections。Concurrent 没有 HashSet 类，推荐的同时获得类似功能的方法是什么？

HashSet我强烈建议不要显式继承自，而是包装a HashSet，然后用 a 保护您想要向用户公开的所有方法ReaderWriterLockSlim- 这样您就可以在不牺牲读取访问性能的情况下实现线程安全。

在这里，反对[int]用作示例日期类型：

using namespace System.Collections.Generic
using namespace System.Threading

class ConcurrentSet
{
    hidden [ReaderWriterLockSlim]
    $_lock

    hidden [HashSet[int]]
    $_set

    ConcurrentSet()
    {
        $this._set = [HashSet[int]]::new()
        $this._lock = [System.Threading.ReaderWriterLockSlim]::new()
    }

    [bool]
    Add([int]$item)
    {
        # Any method that modifies the set should be guarded
        # by a WriteLock - guaranteeing exclusive update access
        $this._lock.EnterWriteLock()
        try{
            return $this._set.Add($item)
        }
        finally{
            $this._lock.ExitWriteLock()
        }
    }

    [bool]
    IsSubsetOf([IEnumerable[int]]$other)
    {
        # For the read-only methods a read-lock will suffice
        $this._lock.EnterReadLock()
        try{
            return $this._set.IsSubsetOf($other)
        }
        finally{
            $this._lock.ExitReadLock()
        }
    }

    # Repeat appropriate lock pattern for all [HashSet] methods you want to expose
}

您可以通过包装 a并使用HashSet<object>自定义比较器控制行为来使包装器更加灵活

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