c# yield return 生成的迭代器是线程安全的吗

2026-01-19

c# yield return 生成的迭代器是线程安全的吗

yield return 迭代器不是线程安全的，因其生成的状态机类字段（如1__state和捕获变量）被多个线程并发读写而无同步机制，导致InvalidOperationException、元素跳过或重复等未定义行为。

c# yield return 生成的迭代器是线程安全的吗

不是线程安全的。 C# 中用 yield return 生成的迭代器（即实现了 IEnumerable 的方法）本身不提供任何线程同步机制，多个线程同时调用 GetEnumerator() 并遍历，或对同一个枚举器实例并发调用 MoveNext()/Current，会导致未定义行为，常见表现为 InvalidOperationException、跳过元素、重复返回、甚至死锁（取决于底层状态机实现）。

为什么 yield return 迭代器不是线程安全的

每个 yield return 方法在编译后会生成一个隐藏的状态机类（如 d__0），该类包含：

一个整型字段 1__state，记录当前执行位置（-2=已结束，-1=未开始，0+为具体 yield 点）
所有被闭包捕获的局部变量作为字段存储
Current 属性和 MoveNext() 方法直接读写这些字段，无锁、无 volatile、无内存屏障

这意味着：只要两个线程操作的是同一个枚举器实例（IEnumerator），就会竞争修改同一组字段。

哪些场景下容易出问题

以下情况极易触发线程安全问题：

多个线程共用同一个 IEnumerator 实例（例如把 GetEnumerator() 结果存为字段后多线程调用 MoveNext()）
在异步方法中（如 async Task>）返回 yield return 序列，但外部未 await 就直接枚举 —— 此时状态机可能跨线程切换，而枚举器本身仍无保护
将 yield return 方法的结果（IEnumerable）传给并行 LINQ（如 AsParallel().Select(...)），后者可能在多个线程中调用 GetEnumerator() 并并发消费

如何安全地在多线程中使用 yield return 序列

核心原则是：**确保每个线程拥有独立的枚举器实例，并避免共享状态。** 常见做法包括：

每次需要遍历时，都重新调用原始 IEnumerable 方法（即重新创建状态机实例），而不是复用枚举器
若需缓存结果供多线程读取，先调用 .ToList() 或 .ToArray() 落实为线程安全的不可变集合（注意：这会失去延迟执行优势）
如必须保持延迟执行且支持并发访问，可手动包装一层线程安全的枚举逻辑（例如用 lock 同步 MoveNext() 和 Current，但会严重损害性能，且违背 yield return 的设计初衷）

public static IEnumerable Numbers()
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        yield return i;
    }
}
// ✅ 安全：每个线程拿到新枚举器
var sharedSource = Numbers(); // IEnumerable
Task.Run(() => { foreach (var x in sharedSource) Console.WriteLine(x); });
Task.Run(() => { foreach (var x in sharedSource) Console.WriteLine(x); });
// ❌ 危险：共享同一枚举器实例
var enumerator = Numbers().GetEnumerator();
Task.Run(() => { while (enumerator.MoveNext()) Console.WriteLine(enumerator.Current); });
Task.Run(() => { while (enumerator.MoveNext()) Console.WriteLine(enumerator.Current); }); // 可能抛 InvalidOperationException

真正需要并发消费的延迟序列，应考虑用 Channel 或 IObservable 替代，它们从设计上就支持多订阅者与线程安全推送。