多线程 .NET 队列问题

Question

我的代码中有一个奇怪的错误。这是极其罕见的（可能每隔几周发生一次），但它就在那里，我不知道为什么。

我们有 2 个线程在运行，1 个线程获取网络消息并将它们添加到队列中，如下所示：

DataMessages.Enqueue(new DataMessage(client, msg));

另一个线程从这个队列中取出消息并处理它们，如下所示：

while (NetworkingClient.DataMessages.Count > 0)
{
    DataMessage message = NetworkingClient.DataMessages.Dequeue();

    switch (message.messageType)
    {
       ...
    }
}

但是，我经常在 switch (message.messageType) 行上收到 NullReferenceException，我可以在调试器中看到该消息为空。

不可能将空值放入队列（参见代码的第一部分），这是唯一使用队列的两件事。

队列不是线程安全的吗，是不是我在另一个线程入队的确切时刻出队，这导致了故障？

Answer 1

队列不是线程安全的吗？ 我正在出列的确切时刻 另一个线程正在排队并且 这会导致故障吗？

没错。 Queue 不是线程安全的。线程安全队列是System.Collections.Concurrent.ConcurrentQueue。改用它来解决您的问题。

Answer 2

    while (NetworkingClient.DataMessages.Count > 0)
    {
        // once every two weeks a context switch happens to be here.
        DataMessage message = NetworkingClient.DataMessages.Dequeue();

        switch (message.messageType)
        {
           ...
        }
    }

...当您在该位置获得上下文切换时，第一个表达式的结果 (NetworkingClient.DataMessages.Count > 0) 对两个线程都是正确的，并且到达Dequeue() 操作的第一个是对象，第二个线程得到的是 null（而不是 InvalidOperationException，因为队列的内部状态没有完全更新以抛出正确的例外）。

现在你有两个选择：

1. 使用 .NET 4.0 ConcurrentQueue

2. 重构您的代码：

让它看起来像这样：

while(true)
{
  DataMessage message = null;

  lock(NetworkingClient.DataMessages.SyncRoot) {
       if(NetworkingClient.DataMessages.Count > 0) {
          message = NetworkingClient.DataMessages.Dequeue();
       } else {
         break;
       }
    }
    // .. rest of your code
}

编辑：更新以反映 Heandel 的评论。

Answer 3

如果您对确切原因感兴趣：

Enqueue 看起来像这样：

this._array[this._tail] = item;
this._tail = (this._tail + 1) % this._array.Length;
this._size++;
this._version++;

像这样Dequeue：

T result = this._array[this._head];
this._array[this._head] = default(T);
this._head = (this._head + 1) % this._array.Length;
this._size--;
this._version++;

比赛是这样进行的：

• 队列中有 1 个元素（头 == 尾），因此您的阅读器线程开始出列，但在 Dequeue 的第一行之后被中断
• 然后将另一个元素排入队列并放在位置tail，此时等于head。
• 现在Dequeue 恢复并用default(T) 覆盖刚刚由Enqueue 插入的元素
• 下次调用 dequeue 时，您将获得默认值 (T)（在您的情况下为 null）而不是实际值