ContainsKey Возвращает false для строки

Этот код выглядит опасным

    if (org != null)
        org.Name = org.DisplayName;
    else
        org.Name = org.Id;

Если org == null, я думаю, ваш пункт else вызовет исключение NullReference. Но ты этого не понимаешь

Проблема может быть в этой функции

    var org = await _directoryService.GetOrganization(org.Id);

Обратите внимание, что эта команда означает, что org может быть изменен, и она может не содержать исходный Id.

Например: если это никогда не возвращает нулевое значение, просто пустой объект. Вы можете получить исключение Item with Same Key has already been added.

Думаю, это можно исправить двойной проверкой

    if (!Orgs.ContainsKey(org.Id))
    {
        Orgs.Add(org.Id, org.Name);
    }

Поскольку к словарю обращаются несколько потоков, следует использовать ConcurrentDictionary вместо Dictionary. В противном случае может случиться так, что два потока попытаются добавить один и тот же ключ одновременно, что приведет к упомянутому вами исключению. Более того, Dictionary не является потокобезопасным и может быть поврежден при обращении к нескольким потокам.

Сделайте поиск по словарю и добавление к регистру без учета регистра. Вы можете сослаться на следующее:

private async Task GetOrgName(Organization org)
{
    if (Orgs.ContainsKey(org.Id.ToUpper()))
    {
        org.Name = Orgs[org.Id.ToUpper()];
        return;
    }

    var result = await _directoryService.GetOrganization(org.Id.ToUpper());

    if (result != null)
        org.Name = result.DisplayName;
    else
        org.Name = org.Id;

    Orgs.Add(org.Id.ToUpper(), org.Name);
}

С вашим последним редактированием похоже, что это не многопоточная проблема, а просто проблема с несколькими асинхронными вызовами - вы, скорее всего, ожидаете и выполняете несколько запросов к GetOrganization для одного и того же org.Id, когда первый еще не завершен (так что словарь еще не обновлялся). Так что ConcurrentDictionary вам, скорее всего, не понадобится. Вместо этого вы можете сделать что-то вроде следующего:

private Dictionary<string, Task> Orgs = new Dictionary<string, Task>();

private Task GetOrgName(Organization org)
{
    Task nameTask;
    if (!Orgs.TryGetValue(org.Id, out nameTask)
    {
        nameTask = GetOrganization(.org);
        Orgs.Add(org.Id, nameTask);
    }

    return nameTask;
}

private async Task GetOrganization(Organization org)
{
    // Consider using .ConfigureAwait(false) here...
    var result = await _directoryService.GetOrganization(org.Id);
    if (result != null)
        org.Name = result.DisplayName;
    else
        org.Name = org.Id;
}

Обратите внимание на подпись для Dictionary.

Проблема в том, что к словарю одновременно обращаются несколько задач. Итак, пока одна задача проверяет, существует ли имя, другая его добавляет. Кроме того, поскольку словарь не является потокобезопасным, вы можете столкнуться со случайными исключениями с вашей текущей реализацией.

Если вы измените это:

var tasks = new List<Task>();
foreach (var org in query)
    tasks.Add(GetOrgName(org))

к:

foreach (var org in query)
   await GetOrgName(org);

У тебя не будет этой проблемы.

Другой вариант - использовать потокобезопасную коллекцию для кеша. Но если запрос содержит, скажем, 1000 элементов, ваш код может сделать тысячи одновременных вызовов _directoryService.GetOrganization. Что может быть проблемой?