我有以下课程。
class Test{
public HashSet<string> Data = new HashSet<string>();
}
我需要从不同的线程更改字段“数据”，所以我想对我当前的线程安全实现提出一些意见。
class Test{
public HashSet<string> Data = new HashSet<string>();
public void Add(string Val){
lock(Data) Data.Add(Val);
}
public void Remove(string Val){
lock(Data) Data.Remove(Val);
}
}
有没有更好的解决方案，直接进入现场并保护它免受多个线程的并发访问？
你的实现是正确的。不幸的是，.NET Framework 不提供内置的并发哈希集类型。但是，有一些解决方法。
并发字典（推荐）
这第一个是使用ConcurrentDictionary<TKey, TValue>命名空间中的类System.Collections.Concurrent。在这种情况下，该值是没有意义的，所以我们可以使用一个简单的byte（内存中的 1 个字节）。
private ConcurrentDictionary<string, byte> _data;
这是推荐的选项，因为该类型是线程安全的，并且为您提供与HashSet<T>除了键和值是不同对象之外的相同的优点。
资料来源：社交 MSDN
并发包
如果您不介意重复的条目，您可以ConcurrentBag<T>在与前一个类相同的命名空间中使用该类。
private ConcurrentBag<string> _data;
自我实现
最后，正如您所做的那样，您可以使用锁或 .NET 为您提供的其他线程安全方式来实现自己的数据类型。这是一个很好的例子：How to implement ConcurrentHashSet in .Net
此解决方案的唯一缺点是该类型HashSet<T>没有正式的并发访问，即使对于读取操作也是如此。
我引用了链接帖子的代码（最初由Ben Mosher编写）。
using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;
namespace BlahBlah.Utilities
{
public class ConcurrentHashSet<T> : IDisposable
{
private readonly ReaderWriterLockSlim _lock = new ReaderWriterLockSlim(LockRecursionPolicy.SupportsRecursion);
private readonly HashSet<T> _hashSet = new HashSet<T>();
#region Implementation of ICollection<T> ...ish
public bool Add(T item)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.Add(item);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public void Clear()
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
_hashSet.Clear();
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool Contains(T item)
{
_lock.EnterReadLock();
try
{
return _hashSet.Contains(item);
}
finally
{
if (_lock.IsReadLockHeld) _lock.ExitReadLock();
}
}
public bool Remove(T item)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.Remove(item);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public int Count
{
get
{
_lock.EnterReadLock();
try
{
return _hashSet.Count;
}
finally
{
if (_lock.IsReadLockHeld) _lock.ExitReadLock();
}
}
}
#endregion
#region Dispose
public void Dispose()
{
Dispose(true);
GC.SuppressFinalize(this);
}
protected virtual void Dispose(bool disposing)
{
if (disposing)
if (_lock != null)
_lock.Dispose();
}
~ConcurrentHashSet()
{
Dispose(false);
}
#endregion
}
}
编辑：将入口锁定方法移到try块之外，因为它们可能引发异常并执行finally块中包含的指令。
我没有包装 aConcurrentDictionary或锁定 a，HashSet而是创建了一个ConcurrentHashSet基于ConcurrentDictionary.
此实现支持每个项目HashSet的基本操作，而无需设置操作，因为它们在并发场景 IMO 中意义不大：
var concurrentHashSet = new ConcurrentHashSet<string>(
new[]
{
"hamster",
"HAMster",
"bar",
},
StringComparer.OrdinalIgnoreCase);
concurrentHashSet.TryRemove("foo");
if (concurrentHashSet.Contains("BAR"))
{
Console.WriteLine(concurrentHashSet.Count);
}
输出：2
由于没有其他人提到它，我将提供一种替代方法，可能适合也可能不适合您的特定目的：
来自背后的 MS 团队的博客文章：
虽然并发创建和运行比以往任何时候都容易，但仍然存在一个基本问题：可变共享状态。从多个线程读取通常非常容易，但是一旦需要更新状态，它就会变得更加困难，尤其是在需要锁定的设计中。
锁定的替代方法是使用不可变状态。不可变的数据结构保证永远不会改变，因此可以在不同的线程之间自由传递，而不必担心踩到别人的脚趾。
但是这种设计产生了一个新问题：如何在不每次都复制整个状态的情况下管理状态变化？当涉及到集合时，这尤其棘手。
这就是不可变集合的用武之地。
这些集合包括ImmutableHashSet<T>和ImmutableList<T>。
由于不可变集合在底层使用树数据结构来实现结构共享，因此它们的性能特征与可变集合不同。与锁定可变集合相比，结果将取决于锁定争用和访问模式。然而，取自另一篇关于不可变集合的博文：
问：我听说不可变集合很慢。这些有什么不同吗？当性能或内存很重要时，我可以使用它们吗？
答：这些不可变集合经过高度调整，在平衡内存共享的同时具有与可变集合竞争的性能特征。在某些情况下，它们在算法上和实际时间上几乎与可变集合一样快，有时甚至更快，而在其他情况下，它们在算法上更复杂。然而，在许多情况下，差异可以忽略不计。通常，您应该使用最简单的代码来完成工作，然后根据需要调整性能。不可变集合可帮助您编写简单的代码，尤其是在必须考虑线程安全时。
换句话说，在许多情况下，差异不会很明显，您应该选择更简单的选择 - 对于并发集，使用ImmutableHashSet<T>，因为您没有现有的锁定可变实现！:-)
并发的棘手部分ISet<T>是集合方法（联合、交集、差异）本质上是迭代的。至少您必须遍历操作中涉及的一组集合的所有 n 个成员，同时锁定两个集合。
ConcurrentDictionary<T,byte>当您必须在迭代期间锁定整个集合时，您将失去 a 的优势。如果没有锁定，这些操作就不是线程安全的。
考虑到 的额外开销ConcurrentDictionary<T,byte>，使用更轻的重量HashSet<T>并将所有东西都包围在锁中可能更明智。
如果您不需要 set 操作，请在添加键时使用ConcurrentDictionary<T,byte>and just usedefault(byte)作为值。
我更喜欢完整的解决方案，所以我这样做了：请注意，我的 Count 是以不同的方式实现的，因为我不明白为什么在尝试计算其值时应该禁止读取哈希集。
@Zen，感谢您开始使用它。
[DebuggerDisplay("Count = {Count}")]
[Serializable]
public class ConcurrentHashSet<T> : ICollection<T>, ISet<T>, ISerializable, IDeserializationCallback
{
private readonly ReaderWriterLockSlim _lock = new ReaderWriterLockSlim(LockRecursionPolicy.SupportsRecursion);
private readonly HashSet<T> _hashSet = new HashSet<T>();
public ConcurrentHashSet()
{
}
public ConcurrentHashSet(IEqualityComparer<T> comparer)
{
_hashSet = new HashSet<T>(comparer);
}
public ConcurrentHashSet(IEnumerable<T> collection)
{
_hashSet = new HashSet<T>(collection);
}
public ConcurrentHashSet(IEnumerable<T> collection, IEqualityComparer<T> comparer)
{
_hashSet = new HashSet<T>(collection, comparer);
}
protected ConcurrentHashSet(SerializationInfo info, StreamingContext context)
{
_hashSet = new HashSet<T>();
// not sure about this one really...
var iSerializable = _hashSet as ISerializable;
iSerializable.GetObjectData(info, context);
}
#region Dispose
public void Dispose()
{
Dispose(true);
GC.SuppressFinalize(this);
}
protected virtual void Dispose(bool disposing)
{
if (disposing)
if (_lock != null)
_lock.Dispose();
}
public IEnumerator<T> GetEnumerator()
{
return _hashSet.GetEnumerator();
}
~ConcurrentHashSet()
{
Dispose(false);
}
public void OnDeserialization(object sender)
{
_hashSet.OnDeserialization(sender);
}
public void GetObjectData(SerializationInfo info, StreamingContext context)
{
_hashSet.GetObjectData(info, context);
}
IEnumerator IEnumerable.GetEnumerator()
{
return GetEnumerator();
}
#endregion
public void Add(T item)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
_hashSet.Add(item);
}
finally
{
if(_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public void UnionWith(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
_lock.EnterReadLock();
try
{
_hashSet.UnionWith(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
if (_lock.IsReadLockHeld) _lock.ExitReadLock();
}
}
public void IntersectWith(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
_lock.EnterReadLock();
try
{
_hashSet.IntersectWith(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
if (_lock.IsReadLockHeld) _lock.ExitReadLock();
}
}
public void ExceptWith(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
_lock.EnterReadLock();
try
{
_hashSet.ExceptWith(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
if (_lock.IsReadLockHeld) _lock.ExitReadLock();
}
}
public void SymmetricExceptWith(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
_hashSet.SymmetricExceptWith(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool IsSubsetOf(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.IsSubsetOf(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool IsSupersetOf(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.IsSupersetOf(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool IsProperSupersetOf(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.IsProperSupersetOf(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool IsProperSubsetOf(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.IsProperSubsetOf(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool Overlaps(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.Overlaps(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool SetEquals(IEnumerable<T> other)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.SetEquals(other);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
bool ISet<T>.Add(T item)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.Add(item);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public void Clear()
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
_hashSet.Clear();
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool Contains(T item)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.Contains(item);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public void CopyTo(T[] array, int arrayIndex)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
_hashSet.CopyTo(array, arrayIndex);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public bool Remove(T item)
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.Remove(item);
}
finally
{
if (_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
public int Count
{
get
{
_lock.EnterWriteLock();
try
{
return _hashSet.Count;
}
finally
{
if(_lock.IsWriteLockHeld) _lock.ExitWriteLock();
}
}
}
public bool IsReadOnly
{
get { return false; }
}
}
我发现，在需要良好性能的“高吞吐量”场景中，简单地锁定 System.Collections.Generic.HashSet 的 add 和 remove 方法，或者包装框架的 ConcurrentDictionary 都不够。
使用这个简单的想法已经可以实现相当好的性能：
public class ExampleHashSet<T>
{
const int ConcurrencyLevel = 124;
const int Lower31BitMask = 0x7FFFFFFF;
HashSet<T>[] sets = new HashSet<T>[ConcurrencyLevel];
IEqualityComparer<T> comparer;
public ExampleHashSet()
{
comparer = EqualityComparer<T>.Default;
for(int i = 0; i < ConcurrencyLevel; i++)
sets[i] = new HashSet<T>();
}
public bool Add(T item)
{
int hash = (comparer.GetHashCode(item) & Lower31BitMask) % ConcurrencyLevel;
lock(sets[hash])
{
return sets[hash].Add(item);
}
}
public bool Remove(T item)
{
int hash = (comparer.GetHashCode(item) & Lower31BitMask) % ConcurrencyLevel;
lock(sets[hash])
{
return sets[hash].Remove(item);
}
}
// further methods ...
}
系统的 HashSet 被包装，但与其他答案不同，我们持有多个 HashSet 的锁。不同的线程能够在不同的 HashSet 上“工作”，从而降低整体等待时间。
这个想法可以直接在 HashSet 本身中推广和实现（在桶上持有锁，而不是锁定完整集）。一个例子可以在这里找到。