改进ConcurrentDictionary并行使用的性能

上一篇文章“ConcurrentDictionary 对决 Dictionary+Locking”中，我们知道了 .NET 4.0 中提供了线程安全的 ConcurrentDictionary<TKey, TValue> 类型，并在某些特定的使用条件下会产生问题。

在 ConcurrentDictionary<TKey, TValue> 类中有一个方法 GetOrAdd ，用于尝试获取一个键值，如果键值不存在则添加一个。其方法签名如下：

public TValue GetOrAdd(
  TKey key,
  Func<TKey, TValue> valueFactory
)

Parameters
key
  Type: TKey
  The key of the element to add.

valueFactory
  Type: System.Func<TKey, TValue>
  The function used to generate a value for the key

通常，我们会通过如下这种方式来使用：

      ConcurrentDictionary<string, ExpensiveClass> dict1
        = new ConcurrentDictionary<string, ExpensiveClass>();

      string key1 = "111111";
      ExpensiveClass value1 = dict1.GetOrAdd(
        key1, 
        (k) => new ExpensiveClass(k));

这种使用方式会产生一个问题，就是如果特定的类的构造过程比较昂贵（资源消耗、时间消耗等），在并行运行条件下，当第一个线程尝试获取该键值时，发现不存在后开始构建该对象，而在构建的同时，另外一个线程也尝试获取该键值，发现不存在后也开始构建该对象，当第一个线程构造完毕后将对象添加至字典中，而第二个对象也构造完毕后会再次检测字典中是否存在该键值，因为键值已经存在，所以将刚创建完毕的对象直接丢弃，而使用已存在的对象，这造成了对象构造过程中的浪费。如果是关注性能和资源的应用，此处就是一个需要改进的点。

我们假设这个类叫 ExpensiveClass 。

  public class ExpensiveClass
  {
    public ExpensiveClass(string id)
    {
      Id = id;

      Console.WriteLine(
        "Id: [" + id + "] called expensive methods " +
        "which perhaps consume a lot of resources or time.");
    }

    public string Id { get; set; }
  }

类实例化的构造过程为什么昂贵可能有很多中情况，最简单的例子可以为：

访问了数据库，读取了数据，并缓存了数据。
访问了远程服务，读取了数据，并缓存了数据。
将磁盘中的数据加载到内存中。

改进方式1：使用Proxy模式

我们可以使用 Proxy 模式来包装它，通过 Proxy 中间的代理过程来隔离对对象的直接创建。

 1   public class ExpensiveClassProxy
 2   {
 3     private string _expensiveClassId;
 4     private ExpensiveClass _expensiveClass;
 5 
 6     public ExpensiveClassProxy(string expensiveClassId)
 7     {
 8       _expensiveClassId = expensiveClassId;
 9     }
10 
11     public ExpensiveClass XXXMethod()
12     {
13       if (_expensiveClass == null)
14       {
15         lock (_expensiveClass)
16         {
17           if (_expensiveClass == null)
18           {
19             _expensiveClass = new ExpensiveClass(_expensiveClassId);
20           }
21         }
22       }
23       return _expensiveClass;
24     }
25   }

改进方式2：使用Lazy<T>模式

这种方式简单易用，并且同样解决了问题。

1       ConcurrentDictionary<string, Lazy<ExpensiveClass>> dict2
2         = new ConcurrentDictionary<string, Lazy<ExpensiveClass>>();
3 
4       string key2 = "222222";
5       ExpensiveClass value2 = dict2.GetOrAdd(
6         key2,
7         (k) => new Lazy<ExpensiveClass>(
8           () => new ExpensiveClass(k)))
9         .Value;

在并行的条件下，同样也存在构造了一个 Lazy<ExpensiveClass> 然后丢弃的现象，所以这种方式是建立在，构造 Lazy<T> 对象的成本要小于构造 ExpensiveClass 的成本。

标签: C#, .NET, Proxy, Concurrent, Dictionary, Multi-Threading