浅析C#中 ConcurrentDictionary的实现

简单画了一张图（灵魂画手 →_→）

如图 ConcurrentDictionary 其中有个tables 对象主要存储，而这个 tables 是一个很多区块的数组，每个区块又是一个node的链表（ps: 一个node 就是一个key value 对）

具体实现如下（ps 代码摘自 net4.5）：

   private volatile ConcurrentDictionary<TKey, TValue>.Tables m_tables;

 private class Tables
    {
      internal readonly ConcurrentDictionary<TKey, TValue>.Node[] m_buckets;
      internal readonly object[] m_locks;
      internal volatile int[] m_countPerLock;
      internal readonly IEqualityComparer<TKey> m_comparer;

      internal Tables(ConcurrentDictionary<TKey, TValue>.Node[] buckets, object[] locks, int[] countPerLock, IEqualityComparer<TKey> comparer)
      {
        this.m_buckets = buckets;
        this.m_locks = locks;
        this.m_countPerLock = countPerLock;
        this.m_comparer = comparer;
      }
    }

    private class Node
    {
      internal TKey m_key;
      internal TValue m_value;
      internal volatile ConcurrentDictionary<TKey, TValue>.Node m_next;
      internal int m_hashcode;

      internal Node(TKey key, TValue value, int hashcode, ConcurrentDictionary<TKey, TValue>.Node next)
      {
        this.m_key = key;
        this.m_value = value;
        this.m_next = next;
        this.m_hashcode = hashcode;
      }
    }

看这个Node类是一个带next 指针的结构，一个node就是链表，而Tables类中 m_buckets 变量便是一个存储了n个链表的列表结构

其中Tables类中有个变量名为 countPerLock 类型为 int[] 便是图中最下面那个框这个，这个变量主要是用来统计字典中数据的个数 ,这个 countPerLock 与m_buckets 数量一一对应，一个node对应countPerLock 中的一个元素。Count()这个方法便是主要使用这个元素经行统计。这样的好处是不用遍历node链表。

最重要的是Tables 中m_locks的实现。这是一个锁的列表其中用来控制多线程读取修改时控制的区块。

当字典初始化的时候 m_locks 的数量为 cpu内核数*4（ps:例如i7 就是8*4=32）而 m_buckets 数量初始化是31（有个小条件是m_locks>=m_buckets 时 m_locks=m_buckets）所以i7 下 m_buckets 和 m_locks 都是32个，理论上再，不添加新节点的时候一个区块对应一个锁。

m_locks 初始化时是默认值是 cpu内核数*4 最大值是 1024个

m_buckets初始化默认值 31 最大值是2146435071

也就是说如果字典中数据量大的时候是一个锁对象对应n个Node链表。

关于ConcurrentDictionary中所有读取操作

例如Keys Values Count 这类的属性会对锁定 m_locks 中所有的锁对象所以需要谨慎使用。

而常用的索引器[]和 TryGetValue 等方法未锁定任何锁对象，并通过 Volatile.Read 原子性读取对应的Node链表遍历中所有元素直到找到对应的key 为止。

关于ConcurrentDictionary中所有写操作

当添加一个新数据时方法会计算key的hashcode 是放到哪个node里表中然后锁定对应的锁对象，自后通过 Volatile.Write 方法替换新的Node的指向，这时node为新的值它的next 指向原先的Node值。

 private void GetBucketAndLockNo(int hashcode, out int bucketNo, out int lockNo, int bucketCount, int lockCount)
    {
      bucketNo = (hashcode & int.MaxValue) % bucketCount; //Node的位置
      lockNo = bucketNo % lockCount; // 锁位置
    }  

Volatile.Write<ConcurrentDictionary<TKey, TValue>.Node>(ref tables.m_buckets[bucketNo], new ConcurrentDictionary<TKey, TValue>.Node(key, value, hashCode, tables.m_buckets[bucketNo]));

为什么这么设计？

对于多线程这种多个链表多个锁对象可以提升多个线程同时操作的可能性，因为很大的程度上写操作的数据并不是一个锁对象负责的。

同时链式的存储对于添加对象而言内存的操作更方便

浅析C#中 ConcurrentDictionary的实现

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