.NET - Блокування словника проти ConcurrentDictionary

Я не міг знайти достатньо інформації про ConcurrentDictionaryтипи, тому думав, що запитаю про це тут.

В даний час я використовую a Dictionaryдля утримання всіх користувачів, до яких постійно звертаються декілька потоків (з пулу потоків, тому немає точної кількості потоків), і він має синхронізований доступ.

Нещодавно я дізнався, що в .NET 4.0 був набір колекцій, захищених від потоків, і це, здається, дуже приємно. Мені було цікаво, що було б "ефективнішим та простішим у керуванні" варіантом, оскільки у мене є варіант між нормальним Dictionaryіз синхронізованим доступом або тим, ConcurrentDictionaryщо вже є безпечним для потоків.

Посилання на .NET 4.0 ConcurrentDictionary

Набір колекцій, захищених від ниток, порівняно з колекцією, що не є безпечною для потоків, може розглядатися по-різному.

Розгляньте магазин без канцелярії, за винятком каси. У вас є маса проблем, якщо люди не діють відповідально. Наприклад, скажімо, що клієнт бере пилочку з піраміди, тоді як клерк будує піраміду, все пекло зірветься. Або що робити, якщо двоє клієнтів одночасно досягають одного і того ж товару, хто виграє? Чи буде бійка? Це колекція, яка не є безпечною. Існує маса способів уникнути проблем, але всі вони потребують певного блокування, а точніше явного доступу в той чи інший спосіб.

З іншого боку, розгляньте магазин з канцеляристою за столом, і ви можете робити покупки лише через нього. Ви переходите до черги і просите у нього предмет, він повертає його вам, а ви виходите з лінії. Якщо вам потрібно кілька предметів, ви можете забрати стільки предметів, котрі ви можете згадати, але вам потрібно бути обережними, щоб уникнути зависання діловодом, це злість інших клієнтів у черзі за вами.

Тепер розглянемо це. У магазині з одним канцеляристом, що робити, якщо ви добираєтесь до передньої частини рядка, і запитайте у ділової особи "Чи є у вас туалетний папір", і він каже "Так", а потім ви йдете "Добре, я" Я повернуся до вас, коли я знаю, скільки мені потрібно ", тоді до моменту, коли ви знову на передній лінії, магазин, звичайно, може бути розпроданий. Цей сценарій не перешкоджає колекції безпечних ниток.

Колекція безпечних потоків гарантує, що її внутрішні структури даних є дійсними в усі часи, навіть якщо доступ до них здійснюється з декількох потоків.

Колекція, що не містить безпеку, не має таких гарантій. Наприклад, якщо ви додасте щось до бінарного дерева на одній нитці, а інша нитка зайнята відновленням балансу дерева, немає жодної гарантії, що елемент буде доданий, або навіть те, що дерево все-таки дійсне згодом, воно може бути зіпсованим поза надією.

Однак колекція безпечних потоків не гарантує, що послідовні операції над потоком працюють над тим самим "знімком" його внутрішньої структури даних, що означає, що якщо у вас є такий код:

if (tree.Count > 0)
    Debug.WriteLine(tree.First().ToString());

ви можете отримати NullReferenceException, оскільки між tree.Countі tree.First()інша нитка очистила решта вузлів у дереві, що означає First(), що повернеться null.

Для цього сценарію вам або потрібно перевірити, чи є у відповідної колекції безпечний спосіб отримати те, що ви хочете, можливо, вам потрібно буде переписати код вище, або, можливо, вам доведеться заблокувати.

Ви все ще повинні бути дуже обережними при використанні колекцій, захищених від потоку, тому що безпека потоків не означає, що ви можете ігнорувати всі проблеми з ниткою. Коли колекція рекламує себе як безпечна для потоків, це зазвичай означає, що вона залишається в послідовному стані, навіть коли багато потоків читають і записують одночасно. Але це не означає, що один потік побачить "логічну" послідовність результатів, якщо він викликає кілька методів.

Наприклад, якщо спочатку перевірити, чи існує ключ, а потім отримати значення, яке відповідає ключу, цей ключ може більше не існувати навіть у версії ConcurrentDictionary (оскільки інший потік міг видалити ключ). У цьому випадку вам все одно потрібно застосувати блокування (або краще: поєднати два виклики за допомогою TryGetValue ).

Тож використовуйте їх, але не думайте, що це дає вам безкоштовний пропуск, щоб ігнорувати всі проблеми одночасності. Ще потрібно бути обережним.

Внутрішньо ConcurrentDictionary використовує окремий замок для кожного хеш-відра. Поки ви використовуєте лише Add / TryGetValue і подібні методи, які працюють над окремими записами, словник буде працювати як майже безблокова структура даних із відповідною перевагою роботи. OTOH методи перерахування (включаючи властивість Count) блокують усі відра одразу і, отже, гірші за синхронізований словник.

Я б сказав, просто використовуйте ConcurrentDictionary.

Я думаю, що метод ConcurrentDictionary.GetOrAdd саме те, що потрібно більшості багатопотокових сценаріїв.

Чи бачили Ви реактивні розширення для .Net 3.5sp1. За словами Джона Скіта, вони підтримали пакет паралельних розширень та паралельних структур даних для .Net3.5 sp1.

Існує набір зразків для .Net 4 Beta 2, який досить добре описує, як використовувати їх паралельні розширення.

Я щойно провів останній тиждень, тестуючи ConcurrentDictionary, використовуючи 32 потоки для виконання вводу-виводу. Здається, він працює як рекламований, що свідчить про те, що в нього було вкладено величезну кількість тестувань.

Редагувати : .NET 4 ConcurrentDictionary та шаблони.

Microsoft випустила pdf під назвою Patterns of Paralell програмування. Насамперед варто завантажити, як це описано в дуже приємних подробицях правильних моделей, які слід використовувати для. Net 4 Паралельних розширень та анти-шаблонів, яких слід уникати. Ось.

В основному ви хочете піти з новим ConcurrentDictionary. Безпосередньо з поля ви повинні написати менше коду, щоб зробити безпечні програми для потоків.

The ConcurrentDictionary чудовий варіант, якщо він відповідає всім вашим потребам безпеки. Якщо це не так, іншими словами, ви робите щось трохи складне, нормальний Dictionary+ lockможе бути кращим варіантом. Наприклад, скажімо, що ви додаєте деякі замовлення до словника, і ви хочете постійно оновлювати загальну суму замовлень. Ви можете написати такий код:

private ConcurrentDictionary<int, Order> _dict;
private Decimal _totalAmount = 0;

while (await enumerator.MoveNextAsync())
{
    Order order = enumerator.Current;
    _dict.TryAdd(order.Id, order);
    _totalAmount += order.Amount;
}

Цей код не є безпечним для потоків. Кілька ниток, що оновлюють _totalAmountполе, можуть залишити його у зіпсованому стані. Тож ви можете спробувати захистити це за допомогою lock:

_dict.TryAdd(order.Id, order);
lock (_locker) _totalAmount += order.Amount;

Цей код "безпечніший", але все ще не є безпечним для потоків. Немає гарантії _totalAmountвідповідності записів у словнику. Інший потік може спробувати прочитати ці значення для оновлення елемента інтерфейсу:

Decimal totalAmount;
lock (_locker) totalAmount = _totalAmount;
UpdateUI(_dict.Count, totalAmount);

The totalAmountНе може відповідати кол - ву замовлень в словнику. Відображена статистика може бути неправильною. У цей момент ви зрозумієте, що ви повинні розширити lockзахист, щоб включити оновлення словника:

// Thread A
lock (_locker)
{
    _dict.TryAdd(order.Id, order);
    _totalAmount += order.Amount;
}

// Thread B
int ordersCount;
Decimal totalAmount;
lock (_locker)
{
    ordersCount = _dict.Count;
    totalAmount = _totalAmount;
}
UpdateUI(ordersCount, totalAmount);

Цей код є абсолютно безпечним, але всі переваги від використання a ConcurrentDictionaryвже відсутні.

1. Продуктивність стала гіршою, ніж використання нормальної Dictionary , тому що внутрішня блокування всередині в ConcurrentDictionaryданий час є марною і зайвою.
2. Ви повинні переглянути весь код на предмет незахищеного використання спільних змінних.
3. Ви застрягли в використанні незручного API ( TryAdd?,AddOrUpdate ?).

Тому моя порада: почніть з позначки " Dictionary+" lockта збережіть опцію оновлення пізніше до рівня ConcurrentDictionaryоптимізації продуктивності, якщо цей варіант справді життєздатний. У багатьох випадках цього не буде.

Ми використовували ConcurrentDictionary для колекціонування кешу, який повторно заповнюється кожні 1 годину, а потім читається декількома потоками клієнтів, як рішення для цього потоку "Приклад безпечний?"питання.

Ми виявили, що зміна його на  ReadOnlyDictionary  покращила загальну ефективність.