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ConcurrentDictionary 详解：.NET 中的线程安全字典

news 2025/8/11 13:16:25

什么是 ConcurrentDictionary？

ConcurrentDictionary<TKey, TValue> 是 .NET Framework 4.0+ 和 .NET Core/.NET 5+ 中引入的线程安全字典实现，位于 System.Collections.Concurrent 命名空间。它解决了多线程环境下操作字典时的同步问题，允许**多个线程同时读写字典**而无需显式加锁。

核心特性

线程安全：所有操作都是原子性的
高性能：使用细粒度锁（而非全局锁）
无锁读取：读操作通常不需要锁
原子方法：提供专门设计的线程安全方法

与普通 Dictionary 的对比

特性	Dictionary	ConcurrentDictionary
线程安全	❌ 需要手动加锁	✅ 内置线程安全
读性能	高	非常高（无锁读取）
写性能	高	较高（细粒度锁）
并发支持	需要同步机制	原生支持并发
内存开销	较低	稍高（维护内部结构）

基本使用

// 创建实例
var concurrentDict = new ConcurrentDictionary<string, int>();// 添加元素（线程安全）
concurrentDict.TryAdd("task1", 0);
concurrentDict.TryAdd("task2", 0);// 更新元素（原子操作）
concurrentDict.AddOrUpdate("task1", key => 1,               // 添加时的工厂函数(key, oldValue) => oldValue + 1 // 更新时的函数
);// 安全获取值
if (concurrentDict.TryGetValue("task1", out int value))
{Console.WriteLine($"Task1 进度: {value}%");
}// 删除元素
concurrentDict.TryRemove("task2", out _);

关键方法详解

1. TryAdd()

bool success = concurrentDict.TryAdd("task3", 25);
// 成功添加返回 true，键已存在返回 false

2. TryUpdate()

int currentValue;
do {currentValue = concurrentDict["task1"];
} while (!concurrentDict.TryUpdate("task1", currentValue + 10, currentValue));
// 原子性更新：只有当前值等于 expectedValue 时才更新

3. AddOrUpdate()

// 添加或更新（原子操作）
int newValue = concurrentDict.AddOrUpdate("task1", key => 50,                // 添加时的工厂函数(key, oldValue) => oldValue + 10 // 更新时的函数
);

4. GetOrAdd()

// 获取或添加（原子操作）
int value = concurrentDict.GetOrAdd("task4", key => 0);
// 如果 task4 不存在，初始化为 0

5. TryRemove()

if (concurrentDict.TryRemove("task2", out int removedValue))
{Console.WriteLine($"已删除 task2，原值: {removedValue}");
}

在任务进度系统中的应用

进度存储服务实现

public class ConcurrentTaskProgressService
{private readonly ConcurrentDictionary<string, TaskProgress> _progressStore = new ConcurrentDictionary<string, TaskProgress>();public void UpdateProgress(string taskId, int completed, int total){_progressStore.AddOrUpdate(taskId,// 添加新任务id => new TaskProgress{TaskId = id,Completed = completed,Total = total,LastUpdated = DateTime.UtcNow},// 更新现有任务(id, existing) =>{existing.Completed = completed;existing.Total = total;existing.LastUpdated = DateTime.UtcNow;return existing;});}public TaskProgress GetProgress(string taskId){return _progressStore.TryGetValue(taskId, out var progress) ? progress : null;}
}public class TaskProgress
{public string TaskId { get; set; }public int Completed { get; set; }public int Total { get; set; }public DateTime LastUpdated { get; set; }public int Percentage => Total > 0 ? (Completed * 100) / Total : 0;
}

最佳实践

优先使用原子方法

// ✅ 推荐
dict.AddOrUpdate(key, 1, (k, v) => v + 1);// ❌ 避免（非原子操作）
if (dict.ContainsKey(key)) {dict[key] = dict[key] + 1;
}

处理工厂函数副作用

// 工厂函数应简单无副作用
var value = dict.GetOrAdd(key, k => {// 避免耗时操作return CalculateInitialValue(k);
});

迭代时处理并发修改

foreach (var pair in concurrentDict)
{// 注意：迭代期间字典可能被修改Process(pair.Value);
}

值类型注意事项

// 值类型更新需特殊处理
var dict = new ConcurrentDictionary<string, (int, DateTime)>();dict.AddOrUpdate("task", k => (0, DateTime.UtcNow),(k, v) => (v.Item1 + 1, DateTime.UtcNow)
);