MSDN上SimplePriorityQueue示例中的严重错误

我需要使用并发优先级队列，并且我正在考虑适应如何:将边界和阻塞功能添加到MSDN上的集合教程中给出的SimplePriorityQueue<TPriority, TValue>示例。然而，我对上述样本中似乎存在的漏洞的严重性感到惊讶。有人能证实这些问题是否真的存在吗?

1) TryAdd和ToArray之间存在竞争危险，这可能导致ArgumentException从后者抛出。TryAdd方法首先向内部队列添加一个项目，然后增加m_count计数器。另一方面，ToArray首先初始化一个大小为m_count的新数组，然后将内部队列复制到该数组中。如果在执行ToArray的同时调用TryAdd，那么ToArray最终可能会尝试复制比它在数组中分配的空间更多的项目，导致CopyTo调用抛出ArgumentException。

private ConcurrentQueue<KeyValuePair<int, TValue>>[] _queues;
private int m_count;
// ...
// IProducerConsumerCollection members
public bool TryAdd(KeyValuePair<int, TValue> item)
{
    _queues[item.Key].Enqueue(item);
    Interlocked.Increment(ref m_count);
    return true;
}    
public int Count
{
    get { return m_count; }
}
public KeyValuePair<int, TValue>[] ToArray()
{
    KeyValuePair<int, TValue>[] result;
    lock (_queues)
    {
        result = new KeyValuePair<int, TValue>[this.Count];
        // *** context switch here; new item gets added ***
        int index = 0;
        foreach (var q in _queues)
        {
            if (q.Count > 0)
            {
                q.CopyTo(result, index);   // *** ArgumentException ***
                index += q.Count;
            }
        }
        return result;
    }
}

2) GetEnumerator方法中存在另一个竞争危险:内部队列的更新之间没有同步。

public IEnumerator<KeyValuePair<int, TValue>> GetEnumerator()
{
    for (int i = 0; i < priorityCount; i++)
    {
        foreach (var item in _queues[i])
            yield return item;
    }
}

考虑下面的代码片段，它从队列中获取一个项目，并以递增的优先级重新添加它:

if (queue.TryTake(out item) && item.Key < maxPriority - 1)
    queue.TryAdd(new KeyValuePair<int, string>(item.Key + 1, item.Value))

如果上面的代码片段与枚举并发运行，则可以期望该项最多出现一次，要么以原始优先级，要么以递增的优先级出现，或者可能根本不出现。人们不会期望项目在两个优先级上都出现两次。然而，由于GetEnumerator在其内部队列上按顺序迭代，因此它不能防止队列之间的顺序不一致。

3)公共Count属性可以返回陈旧的值，因为它读取共享m_count字段而没有任何内存围栏。如果一个消费者在一个循环中访问这个属性，而这个循环本身并没有产生内存栅栏，就像下面这样，他们可能会被困在一个无限循环中，尽管其他线程已经将项目添加到队列中。

while (queue.Count == 0) 
{ }

在读取共享变量时需要内存围栏已经在其他几个帖子中讨论过了:

如何正确读取互锁。增量输入字段?
• 读取被其他线程互锁更新的int
并发互锁和读需要内存屏障或锁定吗?

4)在_queues数组的初始化和SimplePriorityQueue构造函数的完成之间没有内存障碍。当另一个线程上的外部消费者在初始化完成之前调用TryAdd并访问_queues (或在其内存缓存上显示为已完成)时，可能会出现竞争危险。这将在我的另一个关于构造函数和内存屏障的问题中进一步讨论。

5) TryTake和ToArray通过使用lock关键字进行保护。除了不充分(由于上面讨论的错误)之外，这也违背了设计并发集合的整个目的。考虑到它的缺点，我认为最好的方法是将内部的ConcurrentQueue结构降级为普通的Queue，到处添加锁，并开始将其视为非并发但线程安全的结构。