IEnumerable Linq 方法是线程安全的吗？

Question

我想知道 Linq 扩展方法是否是原子的？或者我是否需要在任何类型的迭代之前 lock 跨线程使用的任何 IEnumerable 对象？

将变量声明为volatile 对此有什么影响吗？

总结一下，以下哪个是最好的、线程安全的操作？

1- 没有任何锁：

IEnumerable<T> _objs = //...
var foo = _objs.FirstOrDefault(t => // some condition

2- 包括锁语句：

IEnumerable<T> _objs = //...
lock(_objs)
{
    var foo = _objs.FirstOrDefault(t => // some condition
}

3- 将变量声明为 volatile：

volatile IEnumerable<T> _objs = //...
var foo = _objs.FirstOrDefault(t => // some condition

Answer 1

接口IEnumerable<T> 不是线程安全的。请参阅http://msdn.microsoft.com/en-us/library/s793z9y2.aspx 上的文档，其中指出：

只要集合保持不变，枚举数就保持有效。如果对集合进行了更改，例如添加、修改或删除元素，则枚举器将不可恢复地失效，并且其行为未定义。

枚举器没有对集合的独占访问权；因此，通过集合进行枚举本质上不是线程安全的过程。为了保证枚举过程中的线程安全，可以在整个枚举过程中锁定集合。要允许集合被多个线程访问以进行读写，您必须实现自己的同步。

Linq 不会改变这一切。

显然可以使用锁定来同步对对象的访问。但是，您必须在访问它的任何地方锁定该对象，而不仅仅是在对其进行迭代时。

将集合声明为 volatile 不会产生积极影响。它只会在读取之前和写入对集合的引用之后导致内存屏障。它不同步集合读取或写入。

Answer 2

简而言之，如上所述，它们不是线程安全的。

但是，这并不意味着您必须在“每种迭代”之前锁定。

您需要将所有更改集合的操作（添加、修改或删除元素）与其他操作（添加、修改、删除元素或读取元素）同步。

如果您只是同时对集合执行读取操作，则不需要锁定。 （所以一起运行像 Average、Contains、ElementAtOrDefault 这样的 LINQ 命令就可以了）

如果集合中的元素是机器字长，例如大多数 32 位计算机上的 Int，则更改该元素的值已经原子执行。在这种情况下，不要在没有锁定的情况下从集合中添加或删除元素，但是如果您可以处理设计中的一些不确定性，修改值可能是可以的。

最后，您可以考虑对集合的单个元素或部分进行细粒度锁定，而不是锁定整个集合。

Answer 3

这里有一个例子证明IEnumerable 扩展方法不是线程安全的。在我的机器上，throw new Exception("BOOM"); 行总是在几秒钟内命中。

希望我已经很好地记录了代码以解释如何触发线程问题。

您可以在linqpad 中运行此代码以亲自查看。

async Task Main()
{
    // The theory is that it will take a longer time to query a lot of items
    // so there should be a better chance that we'll trigger the problem. 
    var listSize = 999999;
    
    // Specifies how many tasks to spin up. This doesn't necessarily mean
    // that it'll spin up the same number of threads, as we're using the thread
    // pool to manage that stuff. 
    var taskCount = 9999;

    // We need a list of things to query, but the example here is a bit contrived. 
    // I'm only calling it `ages` to have a somewhat meaningful variable name. 
    // This is a distinct list of ints, so, ideally, a filter like:
    // `ages.Where(p => p == 4` should only return one result. 
    // As we'll see below, that's not always the case. 
    var ages = Enumerable
        .Range(0, listSize)
        .ToList();
    
    // We'll use `rand` to find a random age in the list. 
    var rand = new Random();
    
    // We need a reference object to prove that `.Where(...)` below isn't thread safe. 
    // Each thread is going to modify this shared `person` property in parallel. 
    var person = new Person();
    
    // Start a bunch of tasks that we'll wait on later. This will run as parallel
    // as your machine will allow. 
    var tasks = Enumerable
        .Range(0, taskCount)
        .Select(p => Task.Run(() =>
        {
            // Pick a random age from the list. 
            var age = ages[rand.Next(0, listSize)];
            
            // These next two lines are where the problem exists. 
            // We've got multiple threads changing `person.Age` and querying on `person.Age` 
            // at the same time. As one thread is looping through the `ages` collection
            // looking for the `person.Age` value that we're setting here, some other
            // thread is going to modify `person.Age`. And every so often, that will
            // cause the `.Where(...)` clause to find multiple values. 
            person.Age = age;
            var count = ages.Where(a => a == person.Age).Count();

            // Throw an exception if the `.Where(...)` filter returned more than one age. 
            if (count > 1) {
                throw new Exception("BOOM");
            }
        }));
        
    await Task.WhenAll(tasks);
    
    Console.WriteLine("Done");
}

class Person {
    public int Age { get; set; }
}