C# .NET异步方法内向列表异步添加元素的线程安全性问题

核心结论 #

• .NET 不会 自动为List<T>的并发写入操作加锁，List<T>本身属于非线程安全类型，基础类库中的普通集合类型默认都没有内置锁逻辑，避免不必要的性能开销，因此不会自动处理并发写入的线程安全问题。多个线程同时调用Add方法会出现元素丢失、索引异常甚至程序崩溃的问题，即使你不关心错误的存储顺序，也不能直接无保护并发写入。

可选解决方案 #

方案1：自行加锁控制并发写入 #

如果你需要实时把异常写入错误列表，可以通过加锁的方式解决线程安全问题，改动量很小：
首先给ExampleObject新增一个锁对象：

public class ExampleObject
{
    public List<Exception> errors = new List<Exception>();
    // 新增只读锁对象，避免被意外修改
    public readonly object SyncRoot = new object();
}

然后修改异常写入逻辑：

catch (Exception e)
{
    lock (objectA.SyncRoot)
    {
        objectA.errors.Add(e);
    }
}

方案2：统一收集异常后批量写入（更推荐） #

不需要处理锁逻辑，代码可维护性更高，完全规避并发写入风险：
把GetByIdAsync调整为返回捕获到的异常，所有任务执行完成后统一过滤、添加到错误列表：

async Task Main()
{
    var objectA = new ExampleObject();
    List<Task<Exception>> getIdTasks = new List<Task<Exception>>();
    foreach (var id in ids)
    {
        getIdTasks.Add(GetByIdAsync(id));
    }
    // 等待所有任务执行完成，获取所有返回结果
    var allResults = await Task.WhenAll(getIdTasks);
    // 过滤掉成功任务返回的null，批量加入错误列表
    objectA.errors.AddRange(allResults.Where(e => e != null));
}

private async Task<Exception> GetByIdAsync(object id)
{
    try
    {
        var objectFromId = await DoSomethingAsync(id);
        // 此处处理正常业务逻辑
        return null;
    }
    catch (Exception e)
    {
        return e;
    }
}

原代码注意事项 #

• 存在变量名拼写错误：定义的任务列表变量为getIdtasks，添加任务时误用了tasks
• Task.WhenAll拼写错误，注意大小写，不要写成Tasks.Whenall
• GetByIdAsync包含await操作，需要添加async关键字标记为异步方法

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jay