Підсумки

Висновки

Звичайні колекції .NET не розраховані на одночасні записи: вони гублять дані, генерують винятки або зависають, а складені операції «перевірити – діяти» небезпечні навіть для потокобезпечних колекцій. Конкурентні колекції System.Collections.Concurrent пропонують атомарні методи Try…, GetOrAdd і AddOrUpdate; частина з них побудована на неблокуючих алгоритмах з операцією CAS, як стек Трейбера. Фабрики словника виконуються поза блокуванням, тому дорогі обчислення загортають у Lazy<T>. Незмінні та заморожені колекції дозволяють читати без блокувань, а оновлювати – атомарною заміною посилання. Патерн «виробник – споживач» реалізують через BlockingCollection<T> для потоків або канали для асинхронного коду; обмежена ємність дає зворотний тиск, а сигнал завершення – коректну зупинку конвеєра. Хибне розділення кешу знищує масштабованість, коли потоки записують сусідні змінні однієї кеш-лінії; його усувають локальними змінними й доповненням структур і виявляють вимірюваннями, профілювальником dotTrace та perf c2c.

Питання для самоперевірки

1. Чому List<T> і Dictionary<TKey, TValue> не можна змінювати з кількох потоків?
2. Що таке складена операція «перевірити – діяти»? Як її виправити?
3. Що виконує Interlocked.CompareExchange? Що таке неблокуючий алгоритм?
4. Як працює стек Трейбера?
5. У чому полягає проблема ABA і чому в .NET вона менш гостра?
6. Чим відрізняються ConcurrentQueue<T>, ConcurrentStack<T> і ConcurrentBag<T>?
7. Коли ConcurrentBag<T> ефективний, а коли ні?
8. Чому фабрика GetOrAdd може виконатися кілька разів? Як цьому запобігти?
9. Якою має бути функція оновлення в AddOrUpdate?
10. Як незмінні колекції дозволяють читати без блокувань? Для чого ImmutableInterlocked?
11. Для яких сценаріїв призначено FrozenDictionary<TKey, TValue>?
12. Які можливості додає BlockingCollection<T>? Як завершити роботу споживачів?
13. Що таке зворотний тиск? Порівняйте сигнал завершення й «отруйну пігулку».
14. Які режими переповнення має обмежений канал? Чим канал відрізняється від BlockingCollection<T>?
15. Що таке кеш-лінія та хибне розділення? Як його виявити й усунути?

Корисні посилання

• Потокобезпечні колекції: https://learn.microsoft.com/dotnet/standard/collections/thread-safe/
• BlockingCollection<T>: https://learn.microsoft.com/dotnet/standard/collections/thread-safe/blockingcollection-overview
• ConcurrentDictionary<TKey, TValue>: https://learn.microsoft.com/dotnet/api/system.collections.concurrent.concurrentdictionary-2
• Канали: https://learn.microsoft.com/dotnet/core/extensions/channels
• Незмінні колекції: https://learn.microsoft.com/dotnet/api/system.collections.immutable
• FrozenDictionary<TKey, TValue>: https://learn.microsoft.com/dotnet/api/system.collections.frozen.frozendictionary-2
• BenchmarkDotNet: https://benchmarkdotnet.org/
• Профілювання в Rider: https://www.jetbrains.com/help/rider/Profiling_Applications.html
• perf c2c: https://man7.org/linux/man-pages/man1/perf-c2c.1.html