HashAlgorithm.ComputeHash() 是线程安全的吗？

Question

我无法得到这个问题的明确答案，所以这个问题。过去很少有 SO 帖子提到HashAlgorithmMSDN 文档中的实例不是线程安全的引用片段。

看

• 为什么 SHA1.ComputeHash 在多线程高负载下会失败？
• HMACSHA1.ComputeHash() 线程安全问题
• 哪一段代码性能更好？

但是，当前的 MSDN 文档并没有这么说。令人惊讶的是，下面的代码在net3.1、net5.0上不会爆炸，但在net6.0上却会爆炸。所以，看起来它是线程安全的（也许），但也许 net6.0 有一个错误。

//<TargetFrameworks>net6.0;net5.0;netcoreapp3.1;net48</TargetFrameworks>
[Explicit]
[Test]
public void Bork_HashAlgorithm()
{
    const int iterations = 1_000_000;
    var bytes = Encoding.UTF8.GetBytes("the overtinkerer");
    using (var md5 = MD5.Create())
    {
        Parallel.For(0, iterations, (i, loop) =>
        {
            md5.ComputeHash(bytes);
        });
    }
}

异常消息：

SafeHandle 不能为空。（参数“pHandle”）

Answer 1

不，它不是线程安全的。

我们在峰值负载下看到了相同的异常：SafeHandle cannot be null. (Parameter 'pHandle')MD5 提供程序、SHA1 和 SHA256 到处都出现类似的错误。

然而我们发现使用HashAlgorithma 的“单例”实例仍然是有益的lock，它仍然比每次创建单独的实例快 3 倍。

这是基准

方法	意思是	错误	标准差	0代	第一代	第二代	已分配
MD5重建	1,282.5 纳秒	726.26纳秒	39.81纳秒	0.0801	0.0286	0.0038	512B
MD5单例带锁	402.2纳秒	39.38纳秒	2.16纳秒	0.0610	-	-	384 乙
MD5_哈希数据	467.7纳秒	33.26纳秒	1.82纳秒	0.0548	-	-	344乙

这是代码：

static MD5 _md5 = MD5.Create(); // <-- one instance for all threads
public static byte[] MD5Hash(byte[] input)
{
    lock (_md5) // <-- use a lock
    {
        return _md5.ComputeHash(input);
    }
}

更新：MD5_HashData是 .NET 5 中引入的新静态MD5.HashData方法 - 它并不比使用lock. 然而，MD5.HashData在高度并行性下表现出更好的性能，这是 BDN 无法模拟的（请参阅下面的评论）

UPDATE2：添加 SHA256 基准

方法	意思是	错误	标准差	0代	第一代	已分配
共享重建	2.211 我们	3.7097 我们	0.2033我们	0.1144	0.0534	736B
SHASingletonWithLock	1.231 我们	0.1349 微秒	0.0074我们	0.0954	-	608乙
SHA_HashData	1.296 我们	0.0737 微秒	0.0040我们	0.0877	-	552 乙