IEnumerable<T> 线程安全吗？

Question

我有一个主线程，用于填充一个List<T>。然后我创建了一系列对象在不同的线程上执行，需要访问该列表。原始列表生成后将不会对其进行写入。我的想法是将该列表作为IEnumerable<T>传递给在其他线程上执行的对象，主要是为了防止那些实现这些对象的人错误地向列表中写入数据。换句话说，如果保证原始列表不被写入，那么多个线程在IEnumerable上使用.Where或foreach是否安全？

我不确定迭代器本身是否在原始集合未更改的情况下是线程安全的。

- e36M3

Answer 1

IEnumerable<T>不能被修改。 那么它有哪些非线程安全的地方呢？（如果您不修改实际的List<T>）。

对于非线程安全，您需要写入和读取操作。

“迭代器本身”为每个foreach实例化。

编辑：我简化了我的答案，但@Eric Lippert添加了有价值的评论。IEnumerable<T>并没有定义修改方法，但这并不意味着访问操作是线程安全的（GetEnumerator，MoveNext等）。最简单的例子：将GetEnumerator实现为此：

• 每次返回相同的IEnumerator实例
• 重置其位置

更复杂的示例是缓存。

这是一个有趣的观点，但幸运的是我不知道任何标准类具有不线程安全的IEnumerable实现。

- Andrey

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你需要为每个线程使用不同的迭代器，但它们都可以由同一个列表支持。 - Joseph Earl

是的，在这种情况下是这样的。我在考虑一个显式的情况，即您调用Iterator i = list.iterator()，然后使用该迭代器 - 在这种情况下，您需要为每个线程创建一个新的迭代器。 - Joseph Earl

仅因为一个 IE<T> 不能被 调用方 修改并不保证其 内部运作 对于多个读者是线程安全的！IE<T> 的实现可能包含缓存或其他性能增强算法，这些算法涉及写入共享数据结构，并且对于多个读者可能不是线程安全的。仅因为集合在 逻辑上 没有被改变并不要求在其枚举期间 没有任何 被改变。 - Eric Lippert

@Andrey: 我不知道有没有这样的例子，但这并不意味着不存在。例如，考虑一个用哈希表实现的字典，一如既往地，但有一个小技巧：当您访问位于桶列表末尾的键时，它会将该桶移动到桶列表的前面。这样的字典在编译器中很常见，因为编译器经常遇到多次出现相同标识符的情况。将表内部动态重写为读取时尝试使未来的读取更快速，可以提高性能。 - Eric Lippert

针对 .NET 4.5 的并发集合，例如堆栈和队列。 来自 MSDN： “System.Collections.Concurrent.ConcurrentQueue<T> 和 System.Collections.Concurrent.ConcurrentStack<T> 类在枚举元素之前会对其进行快照，以防止另一个线程对集合进行变异。System.Collections.Concurrent.ConcurrentDictionary<TKey, TValue> 类不会拍摄快照。” - thewpfguy

Answer 2

每个调用 Where 或 foreach 的线程都有自己的枚举器 - 它们不会为同一列表共享一个枚举器对象。因此，由于 List 没有被修改，每个线程都使用自己的枚举器副本，所以不应该出现线程安全问题。

你可以在一个线程中看到这个过程 - 只需创建一个包含 10 个对象的 List，并从该 List 获取两个枚举器。使用一个枚举器枚举前 5 个项，并使用另一个枚举器枚举后 5 个项。你会发现两个枚举器都只枚举了前 5 个项，并且第二个枚举器没有从第一个枚举器离开的地方开始。

- Phil

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我认为这就是让我困惑的原因，每个请求都提供了一个新的迭代器，因此它不是共享的。 - e36M3

+1 表示“每个调用 Where 或 foreach 的线程都会获得自己的枚举器”，我无法在任何地方找到这些信息。从我能找到的文档中并不清楚这是否是事实。谢谢。 - theyetiman

任何人都可以在此处找到 “每个调用Where或foreach的线程都会获得自己的枚举器” 的证明。 - Sergei Iashin

这完全取决于类如何实现 GetEnumerator 方法。不能保证返回一个单独的实例。 - Rufus L

@RufusL，你说得完全正确，这取决于类如何实现GetEnumerator()。然而，List确实是以这种方式实现的，如果有一个类以任何不同的方式实现它，那将会非常奇怪。事实上，我认为这将是一个bug。 - Phil

Answer 3

只要您确定List不会被修改，那么从多个线程中读取它是安全的。这还包括使用它所提供的IEnumerator实例。

对于大多数集合来说，这都是正确的。事实上，BCL中的所有集合在枚举期间都应该是稳定的。换句话说，枚举器不会修改数据结构。我可以想到一些模糊的情况，比如Splay-Tree，它可能会在枚举时修改结构。但是，BCL中的所有集合都不会这样做。

- Brian Gideon

Answer 4

如果您确定列表在创建后不会被修改，那么您应该将其转换为ReadOnlyCollection<T>来保证它的只读性。当然，如果您保留了只读集合使用的原始列表，则可以对其进行修改，但是如果您丢弃了原始列表，则相当于永久地将其设置为只读。

从集合的线程安全性部分可以看出：

只读集合可以同时支持多个读取器，只要不修改集合即可。

因此，如果您不再触碰原始列表并停止引用它，就可以确保多个线程可以无忧地读取它（只要您不尝试通过奇怪的方式再次修改它）。

- Joshua

Answer 5

换句话说，如果保证原始列表不会被写入，那么多个线程在IEnumerable上使用.Where或foreach是安全的吗？

是的，只有当列表发生改变时才会出现问题。

但请注意，IEnumerable可以转换回列表，然后进行修改。

但还有另一种选择：将您的列表包装到ReadOnlyCollection中并传递。如果您现在放弃原始列表，您基本上创建了一个新的不可变列表。

- CodesInChaos

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你是正确的。然而，使用ReadOnlyCollection的缺点是，例如在myList.Add()中没有编译时警告，而IEnumerable则不会出现这种问题。现在我想知道如果我拿我的原始IList并做.AsReadOnly().AsEnumerable()，会怎样？ - e36M3

据我所知，ReadOnlyCollection 显式实现了 Add 方法。因此 myList.Add 是无法使用的，只有当 ((IList<T>)myList).Add 才能使用。对我来说，这已经足够安全了。 - CodesInChaos

Answer 6

如果您正在使用 .NET Framework 4.5 或更高版本，这可能是一个很好的解决方案http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd997305(v=vs.110).aspx。

（微软已经实现了线程安全的可枚举）

- Yogurtu