对非线程安全类List<T>的一些总结

一个项目的一个功能点，需要从接口接受返回数据，并对返回的数据进行一些业务处理，处理完成之后，添加到一个List<T>中，然后在View中循环这个List<T>，展示所有的数据。每次从接口中取回的数据量不等，最多会有上百条。虽说上百条也不算多，但是每条数据都要经过一系列的业务处理，感觉这样也挺耗时的，于是考虑使用Parallel.Foreach来进行并行处理。

项目完成之后，对比了一下并行和非并行的情况，发现并行之后并没有提高多少效能，倒是遇到了一些比较怪异的问题。

Parallel.Foreach 中对List<T>执行Add操作之后，List<T>的Count有时候并不是执行并行的操作的执行次数，而且List<T>中会有Item为null的情况。其实这个问题的解决方案很简单，就是因为List<T>不是线程安全的类，在多线程情况下就会导致一些不可预知的情况，加个锁就可以解决问题了。但是，如果能更好的了解到底是什么原因导致的，岂不更好，于是在一个同事的帮助下，找到了List<T>的源码（感谢微软开放了源码，地址：http://referencesource.microsoft.com/#mscorlib/system/collections/generic/list.cs,cf7f4095e4de7646），从List<T>的源码中更进一步的了解了导致以上问题的原因。

 

在分析上面两个问题之前，我们先了解一下List<T>的内部情况。从源码中我们可以看到List<T>是通过一个Array来进行处理的，如果初始没有对List<T>设置容量，List<T>容量将为0，如果此时使用Add添加新项的时候，就会给List<T>设置一个初始容量（初始值为4）。使用Add添加新项的时候，如果已经达到容量最大值，List<T>会自动扩充容量的值，扩充后的容量的值为原来既有项目数量的2倍（其实也就是原来容量的2倍）。

我们把Add方法和扩容方法摘抄如下：

public void Add(T item) {
            if (_size == _items.Length) EnsureCapacity(_size + 1);
            _items[_size++] = item;
            _version++;
        }

private void EnsureCapacity(int min) {
            if (_items.Length < min) {
                int newCapacity = _items.Length == 0? _defaultCapacity : _items.Length * 2;
                // Allow the list to grow to maximum possible capacity (~2G elements) before encountering overflow.
                // Note that this check works even when _items.Length overflowed thanks to the (uint) cast
                if ((uint)newCapacity > Array.MaxArrayLength) newCapacity = Array.MaxArrayLength;
                if (newCapacity < min) newCapacity = min;
                Capacity = newCapacity;
            }
        }

了解了List<T>内部内部扩容情况之后，下面就以上两个问题进行分析。

1、 List<T>中的Item数量比预期的少。

导致这个问题的原因其实还是挺明显的。当两个线程（ThreadA和TreadB），同时调用Add方法添加不同的值的时候，如果此时ThreadA和ThreadB获取到的size相同，就会出现下面这种情况：

ThreadA：List<T>[size] = A;

ThreadB：List<T>[size] = B;

这种情况下，在size这个位置只会有一个ThreadB设置的值，ThreadA设置的值将会被替换掉，这也就是造成Item数量比预期少的原因。

2、 List<T>中的Item有null。

其实和上面类似，看Add中的代码：

_items[_size++] = item;

我们改变一下，变成：

(1)_size = _size+1;

(2)Items[_size] = item;

如果ThreadA执行完(1)之后ThreadB获取到新的_size也执行了(1)那此时_size就相当于是加2了，所以_size+1索引位置的项就是T的默认值了（值类型会值类型的默认值，引用类型为null）。这样就能解释为什么会出现null的原因了。

 

其实这两个问题完全就是同一个问题，只不过表象不同而已。最终解决方案很简单，要么自己加锁，要么使用线程安全的ConcurrentBag<T>。