对 ConcurrentDictionary 中项目的 C# 线程安全原子操作

Question

如何对键可能在也可能不在 ConcurrentDictionary 中的项执行原子操作？

例如，假设我想使用特定键重置项目的一些状态值，它可能尚未在字典中，也可能不在字典中。我不想重置所有状态值，因此不能简单地用新实例替换原始项目。

这是一个与我的用例非常相似的人为示例。您可以假设类和方法包含更多不会影响手头问题的代码。

public class MyManager
{
    private ConcurrentDictionary<int, MyWorker> _dict
        = new ConcurrentDictionary<int, MyWorker>();

    public void DoSomething1()
    {
        // ...
        _dict.GetOrAdd(1, new MyWorker(Guid.NewGuid()));
        // ...
    }

    public void DoSomething2()
    {
        // ...
        _dict.TryRemove(1, out MyWorker worker);
        // ...
    }

    public void DoSomething3()
    {
        // OPTION 1: Won't it be possible for a different thread to remove
        // the object before the Reset() call?
        var myWorker = _dict.GetOrAdd(1, new MyWorker(Guid.NewGuid()));
        myWorker.Reset();
        // OPTION 2: Does method chaining somehow guarantee execution within
        // the same lock?
        _dict.GetOrAdd(1, new MyWorker(Guid.NewGuid())).Reset();
        // OPTION 3: ?
    }
}

public class MyWorker
{
    private int _someValue = 1;
    private IList<string> _someList = new List<string>();
    private Guid _immutableValue; // should not get reset

    public MyWorker(Guid immutableValue)
    {
        _immutableValue = immutableValue;
    }

    public void Reset()
    {
        _someValue = 1;
        _someList = new List<string>();
        // NB. do not change _immutableValue!
    }
}

在此示例中，不同的线程可能会以任意顺序多次调用 DoSomething1() 或 DoSomething2()，这可能会导致字典中键为“1”的 MyWorker 随时被替换。

我需要 DoSomething3() 来调用 MyWorker.Reset() 并知道如果字典中已经存在该对象，则将使用该对象。

1. 选项 1 允许在调用 Reset 之前将检索到的 MyWorker 替换为新实例。
2. 选项 2 似乎会做同样的事情，除非在流畅使用时有特殊处理？

还有哪些其他选项可以检索一个值并在释放锁之前检索它的同一个锁中对其执行方法/操作？换句话说，如何保证原子操作？我可以以某种方式传入 lambda 吗？

Answer 1

ConcurrentDictionary 是线程安全的，因为它可以保护其内部状态免受损坏。它不能保护它作为键或值包含的对象的状态免受损坏。使用GetOrAdd 方法从ConcurrentDictionary 检索对象后，如果您想改变该对象的状态并且该对象不是线程安全的，您需要负责同步多个线程对该对象的访问，方法是使用锁或其他方式。换句话说，ConcurrentDictionary 类提供的线程安全保证仅限于自身。

您可能仍想使用这个类，即使它不能满足您所有的线程安全需求，因为它的细粒度内部锁定实现在高线程争用的情况下会非常有效。