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c# 如何在并发任务之间安全地共享 Memory 或 Span

星降

星降

发布时间:2026-01-25 09:14:02

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来源于php中文网

原创

Span不可跨线程共享,Memory虽可传递但不线程安全;应通过ArrayPool.Shared租借数组并配合锁同步,或用ReadOnlySequence+PipeReader实现安全流式共享。

c# 如何在并发任务之间安全地共享 memory<t> 或 span<t>

Memory 和 Span 本身不支持跨线程共享

Span分配的,不能逃逸到堆上,因此无法作为字段、参数(除非 ref)、返回值或异步状态机中的成员;Memory 虽可跨方法传递,但其内部实现(如 ArrayMemoryManagerNativeMemoryManager)**不保证线程安全**。直接在多个 Task 间读写同一块 MemorySpan 所指向的底层数据(比如同一个 byte[]),会引发竞态——尤其当其中任一任务执行写操作时。

正确共享底层数据:用 ArrayPool.Shared + 同步策略

若需多任务协作处理同一片内存(如解析网络包、批量压缩),应把「共享」落在可安全并发访问的底层容器上,而非 Memory 本身。最常用且高效的方式是结合 ArrayPool 与显式同步:

  • ArrayPool.Shared.Rent(int) 获取数组,再封装为 Memory 供各任务使用
  • 读操作通常无需锁(前提是无写入者),但只要存在写任务,就必须对共享区域加锁(如 lock(array)SpinLock
  • 避免将 Span 传入 async 方法——它会在 await 后失效;改用 Memory 并确保其生命周期被正确管理
  • 任务结束后必须调用 ArrayPool.Shared.Return(array),否则池泄漏
var pool = ArrayPool.Shared;
var buffer = pool.Rent(8192);
try
{
    var mem = new Memory(buffer);
    // 分发给多个 Task 处理不同 slice,例如:
    var task1 = ProcessSliceAsync(mem.Slice(0, 4096));
    var task2 = ProcessSliceAsync(mem.Slice(4096, 4096));
    await Task.WhenAll(task1, task2);
}
finally
{
    pool.Return(buffer); // 必须放回
}

需要真正“共享视图”?考虑 ReadOnlySequence + PipeReader

如果场景是流式数据(如 HTTP body、日志行解析),且多个消费者需按需读取同一份字节流,ReadOnlySequence 是更合适的选择——它天然支持零拷贝切片、跨线程传递,并与 PipeReader 配合实现生产者-消费者解耦:

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  • PipeReaderReadAsync() 返回 ReadResult,其中 BufferReadOnlySequence
  • 该序列可安全地传递给多个 Task,每个任务调用 slice.CopyTo(...)slice.ToArray() 做局部拷贝处理
  • 底层由 Pipe 管理内存生命周期,无需手动归还
  • 注意:直接在多个任务中并发调用 sequence.First.Span 仍可能因底层 MemoryManager 实现而有风险,推荐用 sequence.CopyTo(Span) 或转成数组后再处理

绝对禁止的操作和典型错误

以下写法看似简洁,实则危险:

  • Span 存入 ConcurrentQueue> —— 编译不过,Span 不可赋值给泛型集合
  • async 方法中捕获 Span 并 await —— 运行时报 System.InvalidOperationException: Cannot use a Span across await
  • 多个 Task 直接写入同一 Memory 的不同 offset,却不加锁 —— 数据被覆盖,无任何编译或运行时提示
  • MemoryMarshal.AsMemory(byte[].AsSpan()) 包装一个被其他线程修改的数组,且未同步 —— 竞态照旧

关键点始终是:共享的是数据容器(byte[]PipeArrayPool 租赁块),不是 SpanMemory 本身;所有写操作都必须有明确的同步边界。

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