‫چرا Dictionary معمولی در اجرای موازی شکست می‌خورد؟

• کد هش کلید (HashCode) محاسبه شده و نگاشت آن به یک Bucket انجام می‌شود.
• اگر تعداد عناصر از حد آستانه (Capacity/Load Factor) فراتر رود، دیکشنری باید آرایه‌های داخلی خود را بازتخصیص داده و اندازه آن‌ها را افزایش دهد (Resize).
• در فرایند Resize، تمامی عناصر موجود مجدداً هش شده و به Buckets جدید منتقل می‌شوند.

// استفاده ناایمن از دیکشنری معمولی در اجرای موازی
Dictionary<int, string> cache = new();

Parallel.For(0, 10000, i =>
{
    // حتی اگر کلیدها متفاوت باشند، تغییر ساختار داخلی ناایمن است!
    cache[i] = ComputeExpensiveData(i);
});

• پرش استثناهای نامربوط: مشاهده استثناهایی نظیر IndexOutOfRangeException یا NullReferenceException از درون کدهای داخلی Runtime دات‌نت.
• مفقود شدن داده‌ها (Data Loss): بروزرسانی هم‌زمان موجب اوررایت شدن Pointerها شده و داده‌های ثبت‌شده بدون بروز هیچ خطایی گم می‌شوند.
• مصرف ۱۰۰٪ پردازنده (High CPU Usage) و قفل برنامه: اگر لینک‌های درونی Buckets در اثر هم‌روندی دچار چرخه دورانی (Cyclic Loop) شوند، متد خواندن کلید (مثلاً TryGetValue) وارد یک حلقه بی‌نهایت می‌شود. در این حالت مصرف یک یا چند هسته CPU به ۱۰۰٪ رسیده و کل سرویس وب ASP.NET Core قفل می‌کند.

using System.Collections.Concurrent;

// کد ایمن و بهینه‌شده برای اجرای موازی
ConcurrentDictionary<int, string> cache = new();

Parallel.For(0, 10000, i =>
{
    cache[i] = ComputeExpensiveData(i);
});

// کد دارای چالش کارایی
var connection = cache.GetOrAdd(id, key => CreateConnection(key));

// الگوی پیشرفته و کاملاً ایمن برای اشیاء سنگین
var lazyEntity = cache.GetOrAdd(
    id,
    key => new Lazy<Connection>(
        () => CreateConnection(key),
        LazyThreadSafetyMode.ExecutionAndPublication
    )
);

// ساخت واقعی شیء تنها زمانی اتفاق می‌افتد که Value فراخوانی شود
Connection connection = lazyEntity.Value;

// الگوی ناایمن (Race Condition) - حتی با ConcurrentDictionary!
if (!dict.ContainsKey(key)) // گام ۱: بررسی
{
    dict[key] = value;       // گام ۲: عمل
}

// استفاده از متد اتمیک تک‌مرحله‌ای
bool added = dict.TryAdd(key, value);

// یا استفاده از AddOrUpdate
dict.AddOrUpdate(key, addValue, (k, oldValue) => updateValue);

• برنامه‌های تک‌نخی (Single-Threaded): اگر فقط یک نخ به مجموعه دسترسی دارد، استفاده از Dictionary معمولی سریع‌تر و بهینه‌تر است.
• سناریوهای Read-Only: اگر مجموعه یک‌بار پر شده و پس از آن فقط توسط نخ‌های مختلف خوانده می‌شود (بدون تغییر)، مجموعه‌های غیرقابل تغییر مانند ReadOnlyDictionary یا ImmutableDictionary گزینه‌های فوق‌العاده بهینه‌تری هستند.

• هنگام نوشتن هم‌زمان توسط چند نخ، همواره از ConcurrentDictionary استفاده کنید.
• به جای ترکیب چند متد (Check-Then-Act)، از متدهای اتمیک نظیر TryAdd، GetOrAdd و AddOrUpdate استفاده نمایید.
• در سناریوهایی که تابع کارخانه‌ای GetOrAdd سنگین است، جهت جلوگیری از اجرای چندباره، آن را با Lazy ترکیب کنید.