锁定不会停止重复[关闭]

Question

我的代码的 Lock() 关键部分有问题。情况是我的输出包含重复项，我不能这样！您可以在下面看到复制我的情况的代码。我的情况真的很愚蠢，如果我错过了一些非常愚蠢的东西，请原谅......

private static object theLock = new object();
private static int currentNumber = 0;

。 . .

static void Main(string[] args)
{
    for (int i = 0; i < 30; i++)
        CreateAndRunWorker();
}

。 . .

private static void CreateAndRunWorker()
{
    BackgroundWorker worker = new BackgroundWorker();
    worker.DoWork += new DoWorkEventHandler(TheWorkToBeDone);
    worker.RunWorkerCompleted += new RunWorkerCompletedEventHandler(TheWorkAfterWork);
    worker.RunWorkerAsync();
}

。 . .

private static void TheWorkToBeDone(object sender, DoWorkEventArgs e)
{
    OutputNum();
}

。 . .

private static void TheWorkAfterWork(object sender, RunWorkerCompletedEventArgs e)
{
     CreateAndRunWorker();
}

。 . .

private static void OutputNum()
{
    lock (theLock)
    {
        currentNumber++;
        Console.WriteLine(currentNumber);
    }
}

上面的内容被 25 个后台工作人员从 Main() 函数调用。锁和计数器是全局初始化的。输出包含重复的数字。如何？

Answer 1

您可能会在不相关的内核上遇到一些本地缓存的缓存效果。手头的问题是int 本身没有以确保本地缓存保持最新的方式声明或更新。您可以通过以下几种方式解决此问题：

修复您的实施

private static readonly object theLock = new object();
private static volatile int currentNumber = 0; // note the addition of "volatile"

private static void OutputNum()
{
    lock (theLock)
    {
        currentNumber++;
        Console.WriteLine(currentNumber);
    }
}

volatile 关键字对于强制所有本地缓存​​的对该数字的引用读取相同非常重要。在微优化中存在一些极端情况，其中无序执行可能会在某些芯片架构上导致竞争条件。不过，仍然需要锁来防止增量竞争条件。

readonly 关键字对于防止您的锁定对象在运行时被覆盖很重要。一旦初始化，readonly 锁定对象的实例就永远无法更改。如果您确实更改了锁对象的实例，您将有很短的时间让两个线程可以同时访问计数器变量。

解开锁

如果你使用 Interlocked.Increment 函数，你完全不用锁就可以得到你想要的效果。

private static volatile int currentNumber = 0;

private static void OutputNum()
{
    int localRef = Interlocked.Increment(ref currentNumber);
    Console.WriteLine(localRef);
}

这完全消除了锁，使解决方案的性能更高，因为锁争用较少，但保留了所有的安全性。

重要提示： 使用从 Interlocked.Increment 返回的值以供将来在同一方法中使用，因为这不会因另一个线程访问相同的代码并在 Console.WriteLine() 可以之前更改值而改变执行。

了解为什么会这样

1. CLR 在运行时执行优化并重新编译代码。 volatile 关键字确保优化不包括访问您的计数器。 (https://msdn.microsoft.com/en-us/library/x13ttww7.aspx)
2. 如果锁实例在运行时发生变化，您将有一个短暂的时间出现竞争条件。一个线程锁定在旧对象上，而另一个线程锁定在新对象上。始终声明您的锁定对象，以便它们无法更改。如果它是一个静态对象，那么 static readonly 或 const 就是你想要的。如果它是用于保护一个实例的对象内的字段，则将锁声明为readonly。 readonly 关键字确保实例在包含范围的生命周期内永远不会改变。 (https://msdn.microsoft.com/en-us/library/acdd6hb7.aspx)
3. Interlocked.Increment 执行原子更改，确保所有运行内核的安全。如果您的代码的关键部分只是增加一个计数器，则此方法可以减轻系统对重锁的需求。只需将返回值用于方法的其余部分，以便它在该范围内保持不变。 (https://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd78zt0c(v=vs.110).aspx)

有关该主题的良好摘要，请参阅https://stackoverflow.com/a/154803/476048

出于学术目的，Java 中存在相同的问题和解决方案。 API 只是略有不同。