.NET Framework中并发HashSet <T>？

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，可以直接进入现场并保护它免受多个线程的并发访问？

您的实现是正确的。不幸的是，.NET Framework没有提供内置的并发哈希集类型。但是，有一些解决方法。

ConcurrentDictionary（推荐）

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，因此我们可以使用一个简单的byte（内存中为1个字节）。

private ConcurrentDictionary<string, byte> _data;

推荐使用此选项，因为该类型是线程安全的，并且HashSet<T>除了键和值是不同的对象之外，还为您提供了相同的优点。

来源：社交MSDN

并发袋

如果您不介意重复的条目，则可以ConcurrentBag<T>在上一个类的相同命名空间中使用该类。

private ConcurrentBag<string> _data;

自我实现

最后，像您所做的那样，您可以使用锁或.NET为您提供线程安全的其他方式来实现自己的数据类型。这是一个很好的例子：如何在.Net中实现ConcurrentHashSet

该解决方案的唯一缺点是HashSet<T>，即使对于读取操作，该类型也无法进行正式的并发访问。

我引用链接文章的代码（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：移动入口锁定方法将try块移开，因为它们可能引发异常并执行finally块中包含的指令。

我创建了一个基于的实际值，而不是包装ConcurrentDictionary或锁定了。HashSetConcurrentHashSetConcurrentDictionary

此实现支持没有HashSet设置操作的每个项目的基本操作，因为它们在IMO并发场景中意义不大：

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

您可以从的NuGet得到它在这里和在Github上查看源在这里。

既然没有人提到过，我将提供一种可能适合或不适合您特定目的的替代方法：

Microsoft不可变集合

来自MS团队背后的博客文章：

尽管并发创建和运行比以往任何时候都容易，但基本问题之一仍然存在：可变的共享状态。从多个线程读取通常很容易，但是一旦需要更新状态，状态就会变得困难得多，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。保证不变的数据结构永远不会改变，因此可以在不同线程之间自由传递，而不必担心踩到别人的脚趾。

但是，这种设计带来了一个新问题：如何在不每次都复制整个状态的情况下管理状态更改？当涉及集合时，这尤其棘手。

这是不可变集合的来源。

这些集合包括ImmutableHashSet <T>和ImmutableList <T>。

性能

由于不可变集合使用下面的树数据结构来实现结构共享，因此它们的性能特征不同于可变集合。与锁定可变集合进行比较时，结果将取决于锁定争用和访问模式。但是，取自关于不可变集合的另一篇博客文章：

问：我听说不可变的收藏很慢。这些有什么不同吗？当性能或内存很重要时，可以使用它们吗？

答：这些不可变的集合已经过高度调整，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。但是，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。不可变的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性的情况下。

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，将使用ImmutableHashSet<T>，因为您没有现有的锁定可变实现！:-)

进行ISet<T>并发的棘手部分是设置方法（联合，交集，差）本质上是迭代的。至少必须在操作涉及的两个集合中的所有n个成员上进行迭代。

ConcurrentDictionary<T,byte>当您必须在迭代过程中锁定整个集合时，就会失去a的优势。如果没有锁定，则这些操作不是线程安全的。

考虑到的额外开销ConcurrentDictionary<T,byte>，使用更轻的重量HashSet<T>并把所有东西都锁在锁中可能是更明智的选择。

如果不需要设置操作，请在添加键时使用，ConcurrentDictionary<T,byte>并仅将其default(byte)用作值。

我更喜欢完整的解决方案，所以我做到了这一点：请注意，我的Count是用另一种方式实现的，因为我不明白为什么在尝试计算其哈希值时应禁止读取哈希集。

@Zen，感谢您的入门。

[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; }
    }
}