使用相同的键/值从多个线程更新字典是否安全

Question

我有一个静态 System.Collections.Generic.Dictionary 用作缓存。在缓存未命中时，我会执行一些昂贵的工作来获取指定键的值并将其保存在缓存中：

private static Dictionary<K, V> _cache = ...

public static V GetValue<K>(K key)
{
    V value;
    if (!_cache.TryGetValue(key, out value))
    {
         value = GetExpensiveValue(key);
         _cache[key] = value; // Thread-safety issue?
    }

    return value;
}

这是一种常见模式。问题是：当多个线程尝试同时调用 GetValue() 时，这是否安全或者可能会失败？

假设 GetExpectiveValue 始终为给定键返回相同的值，我并不真正关心哪个线程赢得竞争条件。是的，这意味着昂贵的操作可能会比需要的次数多执行一次，但如果读取比写入频繁得多，那么我可能会对此感到满意，并且这允许我消除锁定。但词典内部真的会出问题吗？也就是说，在某些情况下它会抛出异常或损坏其数据吗？我用一个简单的控制台应用程序对此进行了测试，没有发现任何问题，但这当然并不意味着它总是有效。

Answer 1

对我来说这看起来不是线程安全的；字典的内部可能已经在被重写的过程中。 至少它可能需要一个读/写锁：

private readonly static ReaderWriterLockSlim @lock = new ReaderWriterLockSlim();
public static V GetValue(K key)
{
    V value;
    @lock.EnterReadLock();
    bool hasValue;
    try
    {
        hasValue = _cache.TryGetValue(key, out value);
    }
    finally
    {
        @lock.ExitReadLock();
    }

    if (!hasValue)
    {
        value = GetExpensiveValue(key);
        @lock.EnterWriteLock();
        try
        {
            _cache[key] = value;
        }
        finally
        {
            @lock.ExitWriteLock();
        }
    }
    return value;
}

如果您只想 GetExpectiveValue(key) 执行一次，请将其移入写锁并添加双重检查：

        @lock.EnterWriteLock();
        try
        {
            if(!_cache.TryGetValue(key, out value)) { // double-check
                value = GetExpensiveValue(key);
                _cache[key] = value;
            }
        }
        finally
        {
            @lock.ExitWriteLock();
        }

Answer 2

如果你不关心竞争条件那么你应该没问题。如果您关心昂贵的操作，只需在 TryGetvalue() 之后锁定，然后再次调用 TryGetValue()

private static Dictionary<K, V> _cache = ...
private static object _lockObject = new object();

public static V GetValue<K>(K key)
{
    V value;
    if (!_cache.TryGetValue(key, out value))
    {
        lock(_lockObject)
        {
            if (!_cache.TryGetValue(key, out value))
            {
                 value = GetExpensiveValue(key);
                 _cache[key] = value; // Thread-safety issue?
            }
        }
    }

    return value;
}

编辑：
考虑到Marc的评论后，我认为上述并不是最好的选择。也许考虑使用 ConcurrentDictionary 代替。