c# - .Net中的Dictionary在并行读写时是否有可能导致死锁？

Question

我正在玩 TPL，并试图找出通过并行读取和写入同一个字典可以造成多大的困惑。

所以我有这段代码:

    private static void HowCouldARegularDicionaryDeadLock()
    {
        for (var i = 0; i < 20000; i++)
        {
            TryToReproduceProblem();
        }
    }

    private static void TryToReproduceProblem()
    {
        try
        {
            var dictionary = new Dictionary<int, int>();
            Enumerable.Range(0, 1000000)
                .ToList()
                .AsParallel()
                .ForAll(n =>
                {
                    if (!dictionary.ContainsKey(n))
                    {
                        dictionary[n] = n; //write
                    }
                    var readValue = dictionary[n]; //read
                });
        }
        catch (AggregateException e)
        {
            e.Flatten()
                .InnerExceptions.ToList()
                .ForEach(i => Console.WriteLine(i.Message));
        }
    }

确实很乱，抛出了很多异常，主要是关于键不存在，还有一些是关于索引超出数组范围。

但是运行app一段时间后挂了，cpu百分比一直停留在25%，机器是8核的。所以我假设有 2 个线程满负荷运行。

然后我在上面运行了 dottrace，得到了这个:

它符合我的猜测，两个线程以 100% 运行。

都运行Dictionary的FindEntry方法。

然后我再次使用 dottrace 运行该应用程序，这次结果略有不同:

这一次，一个线程运行 FindEntry，另一个运行 Insert。

我的第一直觉是它死锁了，但后来我认为这不可能，只有一个共享资源，而且它没有被锁定。

那么这应该怎么解释呢？

ps:我不打算解决这个问题，它可以通过使用 ConcurrentDictionary 或并行聚合来解决。我只是在寻找一个合理的解释。

Answer 1

因此您的代码正在执行 Dictionary.FindEntry。这不是死锁 - 当两个线程以某种方式阻塞使它们彼此等待释放资源时，就会发生死锁，但在您的情况下，您会得到两个看似无限的循环。线程未锁定。

我们来看看reference source中的这个方法:

private int FindEntry(TKey key) {
    if( key == null) {
        ThrowHelper.ThrowArgumentNullException(ExceptionArgument.key);
    }

    if (buckets != null) {
        int hashCode = comparer.GetHashCode(key) & 0x7FFFFFFF;
        for (int i = buckets[hashCode % buckets.Length]; i >= 0; i = entries[i].next) {
            if (entries[i].hashCode == hashCode && comparer.Equals(entries[i].key, key)) return i;
        }
    }
    return -1;
}

看看 for 循环。 increment 部分是 i = entries[i].next，猜猜是什么:entries 是在 Resize method 中更新的字段. next 是内部Entry struct 的一个字段:

public int next;        // Index of next entry, -1 if last

如果您的代码无法退出 FindEntry 方法，最可能的原因是您设法以某种方式弄乱了条目，以至于在您跟随时它们会产生无限序列next 字段指向的索引。

至于Insert method ，它有一个非常相似的 for 循环:

for (int i = buckets[targetBucket]; i >= 0; i = entries[i].next)

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由于 Dictionary 类被记录为非线程安全的，所以您无论如何都处于未定义行为的领域。

使用 ConcurrentDictionary 或锁定模式，例如 ReaderWriterLockSlim(Dictionary 对于并发读取是线程安全的)或普通的旧的lock 很好地解决了这个问题。