String.Concat 和线程安全？答案

【问题标题】：String.Concat and thread safety?String.Concat 和线程安全？
【发布时间】：2013-01-12 09:45:52
【问题描述】：

asking this question 之后，我还有一个问题。

我得到了两个很好的答案，但我仍然无法找到这实际上是如何发生的：（故障情况怎么会发生）：

我将从一个例子开始：

public void Do(string [] g)
{
   g=null;     //<========
}

void Main()
{
    var t=new string[3];
    t[0]="1";   t[1]="1";   t[2]="1";
    Do( t);
    Console.WriteLine ( t.Length);
}

注释行可以在不同的线程中执行，但每个线程都有其自己的 g 变量！
（请记住，我无法将项目添加到数组中。因为数组长度是在创建时创建的）

无论我将如何处理函数 Do -（无论在哪个线程中），Console.Writeline 结果将始终为 3（除非使用 ref）。

让我们看看真正的代码：

    public static string Concat(params string[] values)
  #1  {
  #2      if (values == null)
  #3       {
  #4            throw new ArgumentNullException("values");
  #5       }
  #6        int totalLength = 0;
  #7        string[] strArray = new string[values.Length];
  #8        for (int i = 0; i < values.Length; i++)
  #9          {
  #10            string str = values[i];
  #11            strArray[i] = (str == null) ? Empty : str;
  #12            totalLength += strArray[i].Length;
  #13            if (totalLength < 0)
  #14            {
  #15                throw new OutOfMemoryException();
  #16            }
  #17         }
  #18        return ConcatArray(strArray, totalLength);
  #19   }

我的说法是：一旦我在 #1 上，在线程 X 中，这个线程将永远拥有长度为 3 的数组。

如果另一个线程想要销毁/更改数组长度（我无法理解如何，因为数组有固定长度，他所能做的就是让它@ 987654329@) - 它将有一个不同的指针地址副本。

我一定是错过了什么。

我错过了什么？
其他线程可以执行哪些代码会导致错误？（假设我们不复制数组）。

【问题讨论】：

@ilya 行号对于我的问题和答案参考是必需的。请不要删除它们。
3 分钟后投反对票的问题真的很愚蠢，因为问题需要至少 5 分钟才能明白。
问题不在于如果有人更改了局部变量 g 的值。问题是如果有人更改了g[0] 的值怎么办？这不会改变数组 t 的长度，但会改变数组 t 中的所有字符串的总长度。

标签： c# .net string multithreading

【解决方案1】：

我在原始线程中查看了 Jon Skeet 和 Eric Lippert 的答案，我相信您误解了他们的答案。他们担心，如果您不将字符串复制到新数组中，那么在 ConcatString 第一次评估输入并执行连接之间，有人会过来将 {"1","2","3"} 更改为 {"a very very", "long string", "(but much longer, yes?"}。

请注意，第 12 行处理的不是输入数组的长度，而是最终输出字符串的长度。所有这些检查都处理连接的结果，而不是输入数组。

【讨论】：

没错。数组的长度不能改变，但是数组中的元素可以改变，影响字符串的总长度。

【解决方案2】：

其他线程可以执行哪些代码会导致错误？

string[] data = { "1", "2", "3" };
ThreadPool.QueueUserWorkItem( () => { data[0] = "one"; } );
string total = String.Concat(data);

如果没有中间数组，就会出现竞争条件，线程可能会在data[0] 之后将其长度添加到totalLength 但之前（可能是不安全的) 致电ConcatArray()。然后低级方法会将 5 个字符复制到大小为 3 的缓冲区。

【讨论】：

【解决方案3】：

数组引用被传递到方法中，因此每个线程（在这种情况下）都有自己的引用 g。每个线程都可以更改自己的引用指向的内容（例如 g = null），但是当您访问 g 中的项目时，例如 g[0]，两个线程将访问同一个项目。

所以，问题是g[0] = null，而不是g = null。

【讨论】：

但是如果你看答案（在链接中），他们都说复制的原因是改变长度而不是内容！！！的数组。而不是内容
@RoyiNamir - Jon Skeet 谈论的是totalLength，它是结果的长度，而不是values 或strArray。它来源于values的content。
数组不是通过引用传递的。数组引用是按值传递的（默认情况下所有参数也是如此）。这是一个微妙但重要的区别。

【解决方案4】：

以下几行确保了数组内容在其他线程中被修改时的数据一致性

  #11            strArray[i] = (str == null) ? Empty : str;
  #12            totalLength += strArray[i].Length;
  #18        return ConcatArray(strArray, totalLength);

比赛仍然存在，但在第号线之前。 11、但是如果使用原始数组（以防数据损坏）错误的信息可能会传递给ConcatArray函数。

【讨论】：

stackoverflow.com/a/9910626/859154 他说的是数组的长度而不是值。
可能我不清楚，根据数据一致性，我指的是ConcatArray函数调用中的totalLength参数，会导致输出错误（可能是异常）

【解决方案5】：

John Skeet 和 Eric Lippert 的意思是，如果在计算长度后数组内容可能发生变化，那么总字符串长度的计算会导致不同的结果。因为 concat 操作是在非托管代码缓冲区中完成的，所以如果之后的字符串长度确实发生了变化，则会发生溢出。

为了说明问题，这里复制了他们所讨论的问题：

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Linq;
using System.Text;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static string[] arr = new string[] { "1", "2", "3" };
        static string[] arr2 = new string[] { "1111", "2222222", "2222222222222222222222" };

        [MTAThread]
        public static void Main()
        {
            ThreadStart[] funcs = Enumerable.Range(0, Environment.ProcessorCount * 4).Select(i => new ThreadStart(MutateArray)).ToArray();
            foreach (var func in funcs)
                new Thread(func).Start();
            Console.ReadLine();
        }

        static void MutateArray()
        {
            Random rand = new Random();
            while (true)
            {
                int i = rand.Next(arr.Length);
                // swap array contents with contents from another array so arr will always
                // contain a mixture of arr and arr2 without knowing at which point of time which contents
                // are inside it.
                lock (arr)
                {
                    string tmp = arr[i];
                    arr[i] = arr2[i];
                    arr2[i] = tmp;
                }

                Do(arr); 

            }
        }

        static void Do(string[] g)
        {
            AllocateBufferWithRightLength(g, StrLen(g));
        }

        static void AllocateBufferWithRightLength(string[] g, int strLen)
        {
            int newLen = StrLen(g);
            if (strLen != newLen)
            {
                throw new Exception("Invariant broken");
            }
        }

        static int StrLen(string[] g)
        {
            int strLen = 0;
            foreach (var str in g)
            {
                if (str != null)
                    strLen += str.Length;
            }
            Thread.Sleep(1);
            return strLen;
        }



    }
}

【讨论】：