.NET非同步和多執行緒系列（四）- 多執行緒異常處理、執行緒取消、多執行緒的臨時變數問題、執行緒安全和鎖lock
阿新 • • 發佈：2020-09-02
本文是.NET非同步和多執行緒系列第四章，主要介紹的是多執行緒異常處理、執行緒取消、多執行緒的臨時變數問題、執行緒安全和鎖lock等。
一、多執行緒異常處理
多執行緒裡面丟擲的異常，會終結當前執行緒，但是不會影響別的執行緒。那執行緒異常哪裡去了？ 被吞了。
假如想獲取異常資訊，這時候要怎麼辦呢？下面來看下其中的一種寫法（不推薦）：
/// <summary> /// 1 多執行緒異常處理和執行緒取消 /// 2 多執行緒的臨時變數 /// 3 執行緒安全和鎖lock /// </summary> private void btnThreadCore_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine($"****************btnThreadCore_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); #region 多執行緒異常處理 { try { List<Task> taskList = new List<Task>();for (int i = 0; i < 100; i++) { string name = $"btnThreadCore_Click_{i}"; taskList.Add(Task.Run(() => { if (name.Equals("btnThreadCore_Click_11")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_11異常"); } else if (name.Equals("btnThreadCore_Click_12")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_12異常"); } else if (name.Equals("btnThreadCore_Click_38")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_38異常"); } Console.WriteLine($"This is {name}成功 ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); })); } //多執行緒裡面丟擲的異常，會終結當前執行緒，但是不會影響別的執行緒。 //那執行緒異常哪裡去了？ 被吞了。 //假如我想獲取異常資訊，還需要通知別的執行緒 Task.WaitAll(taskList.ToArray()); //1 可以捕獲到執行緒的異常 } catch (AggregateException aex) //2 需要try-catch-AggregateException { foreach (var exception in aex.InnerExceptions) { Console.WriteLine(exception.Message); } } catch (Exception ex) //可以多catch 先具體再全部 { Console.WriteLine(ex); } //執行緒異常後經常是需要通知別的執行緒，而不是等到WaitAll，問題就是要執行緒取消？ //工作中常規建議：多執行緒的委託裡面不允許異常，包一層try-catch，然後記錄下來異常資訊，完成需要的操作。 } #endregion 多執行緒異常處理 Console.WriteLine($"****************btnThreadCore_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); }
上面的這種寫法往往太極端了，一下子捕獲了所有的異常。在真實工作中，執行緒異常後往往是需要通知別的執行緒（進行執行緒取消），而不是等到WaitAll。
工作中常規建議：多執行緒的委託裡面不允許異常，包一層try-catch，然後記錄下來異常資訊，完成需要的操作。具體的我們往下繼續看。
二、執行緒取消
多執行緒併發任務，某個失敗後，希望通知別的執行緒都停下來，要如何實現呢？
Thread.Abort--終止執行緒；向當前執行緒拋一個異常然後終結任務；執行緒屬於OS資源，可能不會立即停下來。非常不建議這樣子去做，該方法現在也被微軟給廢棄了。
既然Task不能外部終止任務，那隻能自己終止自己（上帝才能打敗自己），下面我們來看下具體的程式碼：（推薦）
#region 執行緒取消 { //多執行緒併發任務，某個失敗後，希望通知別的執行緒都停下來，要如何實現呢？ //Thread.Abort--終止執行緒；向當前執行緒拋一個異常然後終結任務；執行緒屬於OS資源，可能不會立即停下來。非常不建議這樣子去做，該方法現在也被微軟給廢棄了。 //Task不能外部終止任務，只能自己終止自己(上帝才能打敗自己) //cts有個bool屬性IsCancellationRequested 初始化是false //呼叫Cancel方法後變成true(不能再變回去),可以重複Cancel try { CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); List<Task> taskList = new List<Task>(); for (int i = 0; i < 50; i++) { string name = $"btnThreadCore_Click_{i}"; taskList.Add(Task.Run(() => { try { if (!cts.IsCancellationRequested) Console.WriteLine($"This is {name} 開始 ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); Thread.Sleep(new Random().Next(50, 100)); if (name.Equals("btnThreadCore_Click_11")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_11異常"); } else if (name.Equals("btnThreadCore_Click_12")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_12異常"); } else if (name.Equals("btnThreadCore_Click_13")) { cts.Cancel(); } if (!cts.IsCancellationRequested) { Console.WriteLine($"This is {name}成功結束 ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); } else { Console.WriteLine($"This is {name}中途停止 ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); return; } } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(ex.Message); cts.Cancel(); } }, cts.Token)); //加引數cts.Token目的是：在Cancel時還沒有啟動的任務，就不啟動了。 //但是所有沒有啟動的任務都會丟擲一個異常cts.Token.ThrowIfCancellationRequested } //1 準備cts 2 try-catch-cancel 3 Action要隨時判斷IsCancellationRequested //儘快停止，肯定有延遲，在判斷環節才會結束 Task.WaitAll(taskList.ToArray()); //如果執行緒還沒啟動，能不能就別啟動了？加引數cts.Token //1 啟動執行緒傳遞Token 2 異常抓取 //在Cancel時還沒有啟動的任務，就不啟動了；也是拋異常，cts.Token.ThrowIfCancellationRequested } catch (AggregateException aex) { foreach (var exception in aex.InnerExceptions) { Console.WriteLine(exception.Message); } } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(ex.Message); } } #endregion 執行緒取消
CancellationTokenSource有個bool屬性IsCancellationRequested，初始化是false，呼叫Cancel方法後變成true(不能再變回去)，可以重複Cancel。
值得一提的是，使用Task.Run啟動執行緒的時候還傳了一個cts.Token的引數，目的是：在Cancel時還沒有啟動的任務，就不啟動了，但是所有沒有啟動的任務都會丟擲一個異常cts.Token.ThrowIfCancellationRequested。
注意：此處的執行緒停止也只能說是儘快停止，肯定有延遲，在判斷環節才會結束。
三、多執行緒的臨時變數問題
#region 多執行緒的臨時變數問題 { //多執行緒的臨時變數問題，執行緒是非阻塞的，延遲啟動的；執行緒執行的時候，i已經是5了。 for (int i = 0; i < 5; i++) { Task.Run(() => { //此處i都是5 Console.WriteLine($"This is btnThreadCore_Click_{i} ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); }); } //k是閉包裡面的變數，每次迴圈都有一個獨立的k //5個k變數 1個i變數 for (int i = 0; i < 5; i++) { int k = i; Task.Run(() => { Console.WriteLine($"This is btnThreadCore_Click_{i}_{k} ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); }); } } #endregion 多執行緒的臨時變數問題
執行結果如下：
四、執行緒安全和鎖lock
執行緒安全：如果你的程式碼在程序中有多個執行緒同時執行這一段，如果每次執行的結果都跟單執行緒執行時的結果一致，那麼就是執行緒安全的。
執行緒安全問題一般都是有全域性變數/共享變數/靜態變數/硬碟檔案/資料庫的值，只要是多執行緒都能訪問和修改的就有可能是非執行緒安全。
非執行緒安全是因為多個執行緒相同操作，出現了覆蓋，那要怎麼解決？
方案1：使用lock解決多執行緒衝突（現在一般不推薦使用這個，會限制併發）
lock是語法糖，Monitor.Enter，佔據一個引用，別的執行緒就只能等著。
推薦鎖是private static readonly object lockObj = new object();
首先我們來看下lock的標準寫法：
//欄位 private static readonly object lockObj = new object(); private int iNumSync = 0; private int iNumAsync = 0; //非執行緒安全 private int iNumLockAsync = 0; private List<int> iListAsync = new List<int>();
{ for (int i = 0; i < 10000; i++) { this.iNumSync++; //單執行緒 } for (int i = 0; i < 10000; i++) { Task.Run(() => { this.iNumAsync++; //非執行緒安全 }); } for (int i = 0; i < 10000; i++) { Task.Run(() => { //lock的標準寫法 //推薦鎖是private static readonly object lockObj = new object(); lock (lockObj) //任意時刻只有一個執行緒能進入方法塊，這不就變成了單執行緒，限制了併發 { this.iNumLockAsync++; } }); } for (int i = 0; i < 10000; i++) { int k = i; Task.Run(() => this.iListAsync.Add(k)); //非執行緒安全 } Thread.Sleep(5 * 1000); Console.WriteLine($"iNumSync={this.iNumSync} iNumAsync={this.iNumAsync} iNumLockAsync={iNumLockAsync} listNum={this.iListAsync.Count}"); //結果：iNumSync=1000 、 iNumAsync=1到1000之間 、 iNumLockAsync=1000 、 this.iListAsync.Count=1到1000之間 }
執行結果如下：
使用lock雖然可以解決執行緒安全問題，但是也限制了併發。
使用lock的注意點：
A 不能是lock(null)，可以編譯但不能執行；
B 不推薦lock(this)，外面如果也要用例項，就衝突了；
C 不應該是lock(string字串)，string在記憶體分配上是重用的，會衝突；
D lock裡面的程式碼不要太多，這裡是單執行緒的；
下面我們來看些例子：
為什麼不推薦lock(this)？
public class Test { private int iDoTestNum = 0; private string name = "浪子天涯"; /// <summary> /// 鎖this會和外部鎖物件例項衝突 /// </summary> public void DoTest() { //遞迴呼叫，lock (this) 會不會死鎖？ 正確答案是不會死鎖！ //這裡是同一個執行緒，這個引用就是被這個執行緒所佔據。 lock (this) { Thread.Sleep(500); this.iDoTestNum++; if (this.iDoTestNum < 10) { Console.WriteLine($"This is {this.iDoTestNum}次 {DateTime.Now.Day}"); this.DoTest(); } else { Console.WriteLine("28號，課程結束！！"); } } } /// <summary> /// 此次鎖字串會和外部鎖值相同的字串衝突 /// 這是因為相同的字串會被指向同一塊引用，這就相當於鎖同一個引用，即同一個鎖 /// </summary> public void DoTestString() { //此次不會死鎖 //這裡是同一個執行緒，這個引用就是被這個執行緒所佔據。 lock (this.name) { Thread.Sleep(500); this.iDoTestNum++; if (this.iDoTestNum < 10) { Console.WriteLine($"This is {this.iDoTestNum}次 {DateTime.Now.Day}"); this.DoTestString(); } else { Console.WriteLine("28號，課程結束！！"); } } } }
#region 執行緒安全和鎖lock { //執行緒安全：如果你的程式碼在程序中有多個執行緒同時執行這一段，如果每次執行的結果都跟單執行緒執行時的結果一致，那麼就是執行緒安全的。 //執行緒安全問題一般都是有全域性變數/共享變數/靜態變數/硬碟檔案/資料庫的值，只要是多執行緒都能訪問和修改的就有可能是非執行緒安全。 //非執行緒安全是因為多個執行緒相同操作，出現了覆蓋，那要怎麼解決？ //1、使用lock解決多執行緒衝突 //lock是語法糖，Monitor.Enter，佔據一個引用，別的執行緒就只能等著。 //推薦鎖是private static readonly object lockObj = new object(); //A 不能是lock(null)，可以編譯但不能執行； //B 不推薦lock(this)，外面如果也要用例項，就衝突了； //C 不應該是lock(string字串)，string在記憶體分配上是重用的，會衝突； //D lock裡面的程式碼不要太多，這裡是單執行緒的； Test test = new Test(); Task.Delay(1000).ContinueWith(t => { lock (test) //和Test內部的lock(this)是同一個鎖，故此次儘管是子執行緒也要排隊等待 { Console.WriteLine("*********lock(this) Start*********"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("*********lock(this) End*********"); } }); test.DoTest(); } #endregion 執行緒安全和鎖lock
執行結果如下：
仔細觀察會發現Task子執行緒的任務會等到test.DoTest()的任務執行完後才會執行，這是為什麼呢？
有些人可能就會有疑問了，此處鎖this和鎖test例項看上去應該是2把鎖，互不影響才對啊，那為什麼又會衝突呢？
實際上此處的this和test是同一個例項，那麼鎖的當然也是同一個引用，故相當於是同一把鎖。
那又為什麼不應該鎖string字串呢？
我們在上面的例子上做一些調整如下所示：
#region 執行緒安全和鎖lock { //執行緒安全：如果你的程式碼在程序中有多個執行緒同時執行這一段，如果每次執行的結果都跟單執行緒執行時的結果一致，那麼就是執行緒安全的。 //執行緒安全問題一般都是有全域性變數/共享變數/靜態變數/硬碟檔案/資料庫的值，只要是多執行緒都能訪問和修改的就有可能是非執行緒安全。 //非執行緒安全是因為多個執行緒相同操作，出現了覆蓋，那要怎麼解決？ //1、使用lock解決多執行緒衝突 //lock是語法糖，Monitor.Enter，佔據一個引用，別的執行緒就只能等著。 //推薦鎖是private static readonly object lockObj = new object(); //A 不能是lock(null)，可以編譯但不能執行； //B 不推薦lock(this)，外面如果也要用例項，就衝突了； //C 不應該是lock(string字串)，string在記憶體分配上是重用的，會衝突； //D lock裡面的程式碼不要太多，這裡是單執行緒的； { // Test test = new Test(); // Task.Delay(1000).ContinueWith(t => // { // lock (test) //和Test內部的lock(this)是同一個鎖，故此次儘管是子執行緒也要排隊等待 // { // Console.WriteLine("*********lock(this) Start*********"); // Thread.Sleep(2000); // Console.WriteLine("*********lock(this) End*********"); // } // }); // test.DoTest(); } { Test test = new Test(); string student = "浪子天涯"; Task.Delay(1000).ContinueWith(t => { lock (student) { Console.WriteLine("*********lock(string) Start*********"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("*********lock(string) End*********"); } }); test.DoTestString(); } } #endregion 執行緒安全和鎖lock
執行結果如下：
仔細觀察會發現這和lock(this)的效果是一樣的，那這又是為什麼呢？
這是由於C#記憶體分配導致的，相同的字串會被指向同一塊引用空間，那麼此處的鎖this.name變數和鎖student變數就相當於鎖同一個引用，故相當於是同一把鎖。
方案2：執行緒安全集合
使用System.Collections.Concurrent.ConcurrentQueue<int>等相關操作，System.Collections.Concurrent名稱空間下的相關操作是執行緒安全的。
方案3：資料分拆，避免多執行緒操作同一個資料，又安全又高效（推薦）
在真實工作中遇到執行緒不安全的情況，如果有辦法使用資料分拆來解決則推薦使用資料分拆，資料分拆無法解決的時候再考慮使用鎖。
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