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改善C#程序的建议8:避免锁定不恰当的同步对象

在C#中让线程同步的另一种编码方式就是使用线程锁。所谓线程锁,就是锁住一个资源,使得应用程序只能在此刻有一个线程访问该资源。可以用下面这句不是那么贴切的话来理解线程锁的作用:锁,就是让多线程变成单线程。在C#中,可以将被锁定的资源理解成new出来的普通对象。

既然需要锁定的资源就是一个C#中的对象,我们就该仔细思考,到底什么样的对象能够成为一个锁对象(也叫同步对象)?在选择同步对象的时候,应当始终注意以下几点:

    q同步对象在需要同步的多个线程中是可见的、同一个对象;

    q非静态方法中,静态变量不应作为同步对象;

    q值类型对象不能作为同步对象;

    q避免将字符串作为同步对象。

    q降低同步对象的可见性。

 

第一点,需要锁定的对象在多个线程中是可见的、同一个对象

“可见的”这是显而易见的,如果对象不可见,就不能被锁定。“同一个对象”,这理解起来也很好理解,如果锁定的不是同一个对象,那又如何来同步两个对象呢?可是,不见得我们在这上面不会犯错误。为了阐述本建议,我们先模拟一个必须使用到锁的场景:在遍历一个集合的过程中,同时在另外一个线程中删除集合中的某项。下面的这个例子中,如果没有lock语句,将会抛出异常InvalidOperationException:“集合已修改;可能无法执行枚举”:

public partial class FormMain : Form
{
public FormMain()
{
InitializeComponent();
}

AutoResetEvent autoSet
= new AutoResetEvent(false);
List
<string> tempList = new List<string>() { "init0", "init1", "init2" };

private void buttonStartThreads_Click(object sender, EventArgs e)
{
object syncObj = new object();

Thread t1
= new Thread(() =>
{
//确保等待t2开始之后才运行下面的代码
autoSet.WaitOne();
lock (syncObj)
{
foreach (var item in tempList)
{
Thread.Sleep(
1000);
}
}
});
t1.IsBackground
= true;
t1.Start();

Thread t2
= new Thread(() =>
{
//通知t1可以执行代码
autoSet.Set();
//沉睡1秒是为了确保删除操作在t1的迭代过程中
Thread.Sleep(1000);
lock (syncObj)
{
tempList.RemoveAt(
1);
}
});
t2.IsBackground
= true;
t2.Start();
}
}

这是一个Winform窗体应用程序,我们需要演示的功能在按钮的点击事件中。对象syncObj对于线程t1和t2来说,在CLR中肯定是同一个对象。所以上面的示例运行没有问题。

现在,我们将以上示例重构一下。将实际的工作代码移到一个类型SampleClass中去,该示例要在多个SampleClass实例间操作一个静态字段:

private void buttonStartThreads_Click(object sender, EventArgs e)
{
SampleClass sample1
= new SampleClass();
SampleClass sample2
= new SampleClass();
sample1.StartT1();
sample2.StartT2();
}

class SampleClass
{
public static List<string> TempList = new List<string>() { "init0", "init1", "init2" };
static AutoResetEvent autoSet = new AutoResetEvent(false);
object syncObj = new object();

public void StartT1()
{
Thread t1
= new Thread(() =>
{
//确保等待t2开始之后才运行下面的代码
autoSet.WaitOne();
lock (syncObj)
{
foreach (var item in TempList)
{
Thread.Sleep(
1000);
}
}
});
t1.IsBackground
= true;
t1.Start();
}

public void StartT2()
{
Thread t2
= new Thread(() =>
{
//通知t1可以执行代码
autoSet.Set();
//沉睡1秒是为了确保删除操作在t1的迭代过程中
Thread.Sleep(1000);
lock (syncObj)
{
TempList.RemoveAt(
1);
}
});
t2.IsBackground
= true;
t2.Start();
}
}

该示例运行起来抛出异常InvalidOperationException:“集合已修改;可能无法执行枚举”。查看类型SampleClass的方法StartT1和StartT2,方法内部锁定的是SampleClass的实例变量syncObject。实例变量意味着每创建一个SampleClass的实例都会生成一个syncObject对象。在本例中,调用者一共创建了两个SampleClass实例,继而分别调用:

sample1.StartT1();
sample2.StartT2();

以上代码锁定的是两个不同的syncObject,这等于完全没有达到两个线程锁定同一个对象的目的。要修正以上的错误,只要将syncObject变成static就可以了。

另外,思考一下lock(this),我们同样不建议在代码中编写这样的代码。如果两个对象的实例分别执行了锁定的代码,实际锁定的也是两个对象,完全不能达到同步的目的。

 

第二个注意事项:非静态方法中,静态变量不应作为同步对象

我们刚说完,要修正第一点中的示例,需要将syncObject变成static。这似乎和本注意事项有矛盾。实际上,第一点中的示例代码仅出于演示的目的。我们强烈建议你不要在实际应用中编写此类代码,在编写多线程代码时,要遵循这样的一个原则:类型的静态方法应当保证线程安全,非静态方法不需实现线程安全。FCL中的绝大部分类,都遵循了这个原则。如果将syncObject变成static,就相当于让非静态方法具备线程安全性,这带来的一个问题是,如果应用程序中该类型存在多个实例,在遇到这个锁的时候,都会产生同步,而这可能不是开发者原先所愿意看到的。

 

第三点:值类型对象不能作为同步对象

值类型在传递另一个线程的时候,会创建一个副本,这相当于每个线程锁定的也是两个对象。故,值类型对象不能作为同步对象。第二点实际也可以归结到第一点中。

 

第四点,锁定字符串是完全没有必要,而且相当危险的

这整个过程看上去和值类型正好相反。字符串在CLR中会被暂存到内存里,如果有两个变量被分配了相同内容的字符串,那么这两个引用会被指向同一块内存。所以,如果有两个地方同时使用了lock(“abc”),那么它们实际锁定的是同一个对象,导致整个应用程序被阻滞。

 

第五点:降低同步对象的可见性

可见范围最广的一种同步对象是typeof(SampleClass)。typeof方法所返回的结果,也就是类型的type,是SampleClass的所有实例所共有的,即:所有实例的type都指向typeof方法的结果。这样一来,如果我们lock(typeof(SampeClass)),当前应用程序中的所有SampleClass的实例的线程,将会全部被同步。这样编码是完全没有必要的,这样的同步对象太开放了。

另外,同步对象一般来说,也不应该是一个公共变量或属性。在FCL的早期版本中,一些常用的集合类型,如ArrayList,提供了公共属性SyncRoot,让我们锁定以便进行一些线程安全的操作。所以你一定会觉得我们刚才的结论不正确。其实不然,ArrayList的操作,大部分的应用场景不涉及到多线程同步,所以它的方法更多的是单线程应用场景。线程同步是一个非常耗时(也就是低效)的操作。若ArrayList的所有非静态方法都要考虑线程安全,那么ArrayList完全可以将这个SyncRoot变成静态私有。现在它将SyncRoot变为公开的,是让调用者自己去决定操作是否需要线程安全。在我们自己编写的大部分代码中,除非也有这样的要求,否则就应该始终考虑降低同步对象的可见性,将我们的同步对象藏起来,只开放给自己或自己的子类就够了(需要开放给子类的情况其实也不多见)。


之前内容:
改善C#程序的建议7:正确停止线程
改善C#程序的建议6:在线程同步中使用信号量
改善C#程序的建议5:引用类型赋值为null与加速垃圾回收
改善C#程序的建议4:C#中标准Dispose模式的实现
改善C#程序的建议3:在C#中选择正确的集合进行编码
改善C#程序的建议2:C#中dynamic的正确用法
改善C#程序的建议1:非用ICloneable不可的理由

posted @ 2011-05-09 09:14  陆敏技  阅读(7032)  评论(11编辑  收藏
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