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c# 结构体 struct 和 类 class 在多线程下的行为区别

星降

星降

发布时间:2026-01-13 09:07:02

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来源于php中文网

原创

struct在多线程中默认值拷贝、非线程安全,操作副本不影响原值;class支持引用共享但需手动同步,锁对象须稳定;异步中struct字段await后被重拷贝,class则保持同一实例。

c# 结构体 struct 和 类 class 在多线程下的行为区别

struct 在多线程中默认是“值拷贝”,不是线程安全的共享变量

你不能指望多个线程同时读写同一个 struct 实例还能保持一致——因为只要把它赋给另一个变量、传进方法、或者放进数组/集合,就会触发完整值拷贝。这意味着每个线程操作的其实是独立副本,改了也影响不到别人。

常见错误现象:Interlocked 无法直接用于 struct 字段(除非是单个 int/long 等支持原子操作的字段),lock(this)struct 无效(this 会装箱成新对象,每次 lock 锁的都不是同一个引用)。

  • struct 当作共享状态容器(比如用它存计数器、标志位)极易出错
  • ConcurrentQueueConcurrentDictionary 中使用可变 struct,可能因复制导致逻辑错乱
  • 避免在 async 方法中捕获可变 struct 的字段到闭包里,容易读到过期值

class 天然支持引用共享,但不等于线程安全

class 实例默认通过引用传递,多个线程可以真正读写同一块堆内存。但这只是“能共享”,不是“安全共享”。你需要自己加同步机制

典型误用场景:多个线程并发调用 list.Add(item)List 非线程安全)、或读写同一个 class 的公共字段而没加锁。

  • 不要依赖 class 的引用语义来自动获得线程安全
  • 对共享字段读写,优先用 Interlocked(适用于 int/long/bool/IntPtr 等)
  • 复杂状态变更建议用 lockReaderWriterLockSlim,锁对象必须是稳定的引用(如私有 readonly object _sync = new()
  • 避免锁 thistypeof(T) 或字符串字面量,容易引发死锁或意外争用

struct 和 class 在 async/await 中的行为差异很关键

在异步方法中,struct 字段若被捕获进状态机(state machine),会在每次 await 后被重新拷贝;而 class 字段始终指向同一实例。

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public struct Counter
{
    public int Value;
}

public class CounterClass
{
    public int Value;
}

public async Task UseStruct()
{
    var s = new Counter { Value = 1 };
    await Task.Delay(1);
    s.Value++; // 这里的 s 是 await 前拷贝的副本,原始栈帧中的 s 已不可达
}

public async Task UseClass()
{
    var c = new CounterClass { Value = 1 };
    await Task.Delay(1);
    c.Value++; // 正确修改堆上那个实例的 Value
}

这个差异常被忽略,尤其在自定义 ValueTask 或手动实现 IAsyncStateMachine 时,struct 的生命周期和拷贝行为会直接影响状态一致性。

什么时候该选 struct,什么时候必须用 class?

struct 只应基于明确的设计契约:小、不可变、值语义清晰(如 PointDateTimeGuid)。多线程下更需谨慎——除非你明确需要无锁复制语义(比如做快照、日志采样),否则别让它承载可变共享状态。

class 是默认选择,尤其涉及生命周期管理、事件注册、异步协作或多线程协作时。即使性能敏感,也优先用 MemorySpan 或池化(ArrayPool)优化,而不是强行用可变 struct 替代。

  • 可变 struct + 多线程 ≈ 隐形时间炸弹
  • lockInterlockedChannel 这些机制都是围绕引用类型设计的,对 struct 支持有限且易出错
  • 调试时看到 struct 字段值“突然不变”或“改了又恢复”,大概率是拷贝掩盖了修改意图

最麻烦的不是写错,而是错得不报错、只在高并发下偶发失效。

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