.NET 8中ConcurrentDictionary比Dictionary基准测试更快的原因解析

我编写了一个简单基准测试，对比Dictionary<string, int>与ConcurrentDictionary<string, int>的读取性能，测试代码如下：

[MemoryDiagnoser]
public class ExtremelySimpleDictionaryBenchmark
{
    private readonly List<string> _keys = new();
    private readonly Dictionary<string, int> _dict = new();
    private readonly ConcurrentDictionary<string, int> _concurrentDict = new();

    private const int DictionarySize = 300;
    private const string Alphabet = "abcdefghijklmnopqrstuvwxyzABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ";

    private static string Generate(int length, Random random)
    {
        var result = new char[length];
        for (var i = 0; i < length; i++)
            result[i] = Alphabet[random.Next(Alphabet.Length)];
        return new string(result);
    }
    
    [GlobalSetup]
    public void Setup()
    {
        var rnd = new Random();
        for (var i = 0; i < DictionarySize; i++)
        {
            var key = Generate(6, rnd);
            var count = rnd.Next(1000);
            _dict[key] = count;
            _concurrentDict[key] = count;
            _keys.Add(key);
        }
    }
    
    [Benchmark(Baseline = true)]
    public int Dictionary()
    {
        // variable res is used to avoid dead code elimination
        var res = 0;
        for (var index = 0; index < _keys.Count; index++)
            if(_dict.TryGetValue(_keys[index], out var value))
                res += value;
        return res;
    }

    [Benchmark]
    public int ConcurrentDictionary()
    {
        // variable res is used to avoid dead code elimination
        var res = 0;
        for (var index = 0; index < _keys.Count; index++)
            if(_concurrentDict.TryGetValue(_keys[index], out var value))
                res += value;
        return res;
    }
}

测试环境为.NET Core 8、Windows 11、Intel Core i7-14650HX处理器，结果显示ConcurrentDictionary.TryGetValue性能反而优于Dictionary.TryGetValue，具体数据如下：

反常结果的解释 #

• 无竞争场景的结构优化：ConcurrentDictionary在无竞争读取时采用无锁逻辑，.NET 8中对其读取路径做了针对性优化，比如减少内存屏障开销、更高效的哈希桶遍历逻辑。而Dictionary的TryGetValue包含了更多针对写入场景的边界检查（比如扩容状态判断），在单线程读取时反而产生额外开销。
• JIT编译优化差异：ConcurrentDictionary的TryGetValue方法代码路径更简洁，JIT编译器能更彻底地进行内联和优化；而Dictionary的内部逻辑相对复杂，某些分支可能无法被JIT完全优化，导致执行效率略低。
• 测试数据规模的影响：本次测试仅使用300个元素，ConcurrentDictionary的分段哈希结构在小数据量下的缓存命中率更高，而Dictionary的冲突链表处理在该规模下的优势未体现，反而因结构特性带来微小的性能损耗。
• 哈希算法适配性：测试中生成的随机字符串键的哈希分布可能恰好更适配ConcurrentDictionary的哈希计算方式，减少了哈希冲突的概率，进而提升了读取速度。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pupkin