C# 多线程之List的线程安全问题

网上关于List的线程安全问题将的很少,所以自己实验了一把,发现确实是线程不安全的.所以当你在进行多线程编程中使用了共享的List集合,必须对其进行线程安全处理.

List的Add方法是线程不安全的,List的源码中的Add方法,使用了每次当当前的元素达到上限,通过创建一个新的数组实例,并给长度翻倍的操作.如果单线程操作不会有问题,直接扩容,然后继续往里面加值。下面是List的Add方法和核心逻辑.

也就是说,当多个线程同时添加元素,且刚好它们都执行到了扩容这个阶段,当一个线程扩大了这个数组的长度,且进行了+1操作后,另外一个线程刚好也在执行扩容的操作,这个时候它给Capacity的值设为2048,但是另外一个线程已经将this._size设为2049了,所以这个时候就报异常了.当然不止这一个问题,还有Copy的时候也会出问题,如果里面的元素过多,另外一个线程拿到空值的几率很大.

代码重现:

    class Program
    {
        static List<long> list = new List<long>();
        static void Main(string[] args)
        {
            var t = Task.Run(() =>
            {
                var tf = new TaskFactory(TaskCreationOptions.AttachedToParent, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);
                var childTasks = new Task[]
                {
                    tf.StartNew(()=>Task_0()),
                    tf.StartNew(()=>Task_1()),
                    tf.StartNew(()=>Task_2())
                };
                var tfTask=tf.ContinueWhenAll(childTasks, completedTasks => completedTasks.Where(w => !w.IsFaulted && !w.IsCanceled), TaskContinuationOptions.None);
                tfTask.ContinueWith(task=>
                {
                    var a = list;
                });
            });
            Console.ReadKey();
        }

        static void Task_0()
        {
            for (var i = 0; i < 1000000; i++)
            {
                list.Add(i);
            }
        }

        static void Task_1()
        {
            for (var i = 0; i < 1000000; i++)
            {
                list.Add(i);
            }
        }

        static void Task_2()
        {
            for (var i = 0; i < 1000000; i++)
            {
                list.Add(i);
            }
        }
    }

多跑几次这段代码,你几乎可以重现所有可能出现的多线程资源争用异常.

解决方案:给Add方法加锁,代码如下:

    class Program
    {

        static object lockObj = new object();
        static List<long> list = new List<long>();
        static void Main(string[] args)
        {
            var t = Task.Run(() =>
            {
                var tf = new TaskFactory(TaskCreationOptions.AttachedToParent, TaskContinuationOptions.AttachedToParent);
                var childTasks = new Task[]
                {
                    tf.StartNew(()=>Task_0()),
                    tf.StartNew(()=>Task_1()),
                    tf.StartNew(()=>Task_2())
                };
                var tfTask=tf.ContinueWhenAll(childTasks, completedTasks => completedTasks.Where(w => !w.IsFaulted && !w.IsCanceled), TaskContinuationOptions.None);
                tfTask.ContinueWith(task=>
                {
                    var a = list;
                });
            });
            Console.ReadKey();
        }

        static void Task_0()
        {
            for (var i = 0; i < 1000000; i++)
            {
                lock (lockObj)
                {
                    list.Add(i);
                }
            }
        }

        static void Task_1()
        {
            for (var i = 0; i < 1000000; i++)
            {
                lock (lockObj)
                {
                    list.Add(i);
                }
            }
        }
        static void Task_2()
        {
            for (var i = 0; i < 1000000; i++)
            {
                lock (lockObj)
                {
                    list.Add(i);
                }
            }
        }
    }

ok,解决了问题,当然这不是最好的解决方案,你完全可以通过适配器模式,去扩展一个线程安全的List类型,这里我就不写了.

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