ASP.NET HostedService中单例List元素读写是否需要考虑线程安全

你遇到的场景两个层面都存在线程安全问题，Foo.Value的同步和FooManager.FooList的同步不是二选一的关系，需要分别处理。 #

1. 关于FooManager.FooList的线程安全 #

你已知List本身的新增、删除、遍历操作不是线程安全的，结合你的代码场景，风险点非常明确：

• FooUpdater作为后台托管服务，会永久循环遍历FooList，如果此时FooController的多线程请求对FooList执行Add/Remove操作，或者直接给FooList属性赋新实例，会直接触发InvalidOperationException（集合被修改异常），导致后台服务直接崩溃。
• 即便没有触发异常，并发修改下的List遍历也可能出现元素重复读取、遗漏读取、甚至内存损坏的问题。

处理方案 #

• 首先修改FooManager的FooList属性，将setter改为私有，禁止外部直接替换列表实例：

public List<Foo> FooList {get; private set;}

• 在FooManager内部定义全局锁对象，所有对FooList的操作（新增、删除、遍历、清空）都要持有这把锁：

public class FooManager // Singleton
{
    private readonly object _listLock = new object();
    public List<Foo> FooList {get; private set;}
  
    public FooManager()
    {
        FooList = new List<Foo>();
    }

    // 封装Add操作，内部加锁
    public void AddFoo(Foo foo)
    {
        lock(_listLock)
        {
            FooList.Add(foo);
        }
    }

    // 封装获取遍历快照的方法，避免外部直接遍历原始集合
    public List<Foo> GetFooSnapshot()
    {
        lock(_listLock)
        {
            return FooList.ToList();
        }
    }
}

• 如果你用的是.NET Core 2.0+版本，也可以直接使用内置的线程安全集合（如ConcurrentBag<Foo>），它的遍历是快照式的，不会抛出集合修改异常，但要注意你拿到的是遍历启动那一刻的集合状态，需要符合你的业务预期。

2. 关于Foo.Value的线程安全 #

就算FooList的操作已经完全线程安全，Foo.Value的读写依然存在并发风险：

• FooUpdater的UpdateValue方法在等待10秒后会给Value赋值，同时FooController的多线程请求可能正在读写同一个Foo实例的Value，会出现竞态条件：比如读操作拿到未完成更新的脏数据、多个写操作互相覆盖导致最终结果不符合预期。
• 注意虽然string的引用赋值本身是原子操作，但可见性无法保证（CPU缓存没有同步的话，读线程可能长时间看不到新赋值的Value），如果涉及判断后写入、字符串拼接等非原子操作，风险会更高。

处理方案 #

不要为了图方便直接锁整个FooList，那样会严重降低并发性能，推荐在Foo内部单独加锁保护Value的所有读写操作：

public class Foo
{
    private readonly object _valueLock = new object();
    private string _value;
    public string Value 
    {
        get 
        {
            lock(_valueLock) return _value;
        }
        set 
        {
            lock(_valueLock) _value = value;
        }
    }

    public async Task UpdateValue(string value)
    {
        await Task.Delay(10000);
        Value = value;
    }
}

所有对Value的访问都走封装好的带锁属性即可保证线程安全。 #

内容的提问来源于stack exchange，提问作者rosi97