多线程下的集合安全
??????? 在多線程內(nèi)使用集合，如果未對(duì)集合做任何安全處理，就非常容易出現(xiàn)系統(tǒng)崩潰或各種錯(cuò)誤。最近的項(xiàng)目里，使用的是socket通信后再改變了某個(gè)集合，結(jié)果導(dǎo)致系統(tǒng)直接崩潰，且無(wú)任何錯(cuò)誤系統(tǒng)彈出。
???????? 經(jīng)排查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題是執(zhí)行某集合后，系統(tǒng)就會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)退出，最后發(fā)現(xiàn)是使用的一個(gè)字典集合出了問(wèn)題。稍微思考后，就認(rèn)定了是線程安全問(wèn)題。因?yàn)榇思显谄渌鼛讉€(gè)地方都有線程做循環(huán)讀取。
????????? 下面是我模擬的一個(gè)示例，沒(méi)有進(jìn)行任何的安全處理：
1 class Program 2 { 3 static MyCollection mycoll; 4 static void Main(string[] args) 5 { 6 mycoll = new MyCollection(); 7 Thread readT = new Thread(new ThreadStart(ReadMethod)); 8 readT.Start(); 9 10 Thread addT = new Thread(new ThreadStart(AddMethod)); 11 addT.Start(); 12 Console.ReadLine(); 13 } 14 public static void AddMethod() 15 { 16 for(int i=0;i<10;i++) 17 { 18 Thread.Sleep(500); 19 mycoll.Add("a"+i, i); 20 } 21 } 22 public static void ReadMethod() 23 { 24 while (true) 25 { 26 Thread.Sleep(100); 27 foreach (KeyValuePair<string, int> item in mycoll.myDic) 28 { 29 Console.WriteLine(item.Key + "\\t" + item.Value); 30 //其它處理 31 Thread.Sleep(2000); 32 } 33 } 34 } 35 } 36 public class MyCollection 37 { 38 public Dictionary<string, int> myDic = new Dictionary<string, int>(); 39 40 public void Add(string key, int value) 41 { 42 if (myDic.ContainsKey(key)) 43 { 44 myDic[key] += 1; 45 } 46 else 47 { 48 myDic.Add(key, value); 49 } 50 } 51 52 public void Remove(string key) 53 { 54 if (myDic.ContainsKey(key)) 55 { 56 myDic.Remove(key); 57 } 58 } 59 }在上面的示例中，創(chuàng)建了一個(gè)Dictionary字典對(duì)像，程序運(yùn)行時(shí)，輸出了下面的錯(cuò)誤：
程序運(yùn)行時(shí)，輸出了上面的錯(cuò)誤，僅僅輸出了一行結(jié)果
這次測(cè)試有明顯示的錯(cuò)誤提示，集合已修改;可能無(wú)法執(zhí)行枚舉操作。
唉，真是一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題，在foreach的時(shí)侯又修改集合，就一定會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題了，因?yàn)閒oreach是只讀的，在進(jìn)行遍歷時(shí)不可以對(duì)集合進(jìn)行任何修改。
看到這里，我們會(huì)想到，如果使用for循環(huán)進(jìn)行逆向獲取，也許可以解決此問(wèn)題。
非?？上?#xff0c;字典對(duì)像沒(méi)有使用索引號(hào)獲取的辦法，下面的表格轉(zhuǎn)自（http://www.cnblogs.com/yang_sy/p/3678905.html）
| Type | 內(nèi)部結(jié)構(gòu) | 支持索引 | 內(nèi)存占用 | 隨機(jī)插入的速度(毫秒) | 順序插入的速度(毫秒) | 根據(jù)鍵獲取元素的速度(毫秒) |
| 未排序字典 | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| Dictionary<T,V> | 哈希表 | 否 | 22 | 30 | 30 | 20 |
| Hashtable | 哈希表 | 否 | 38 | 50 | 50 | 30 |
| ListDictionary | 鏈表 | 否 | 36 | 50000 | 50000 | 50000 |
| OrderedDictionary | 哈希表 +數(shù)組 | 是 | 59 | 70 | 70 | 40 |
| 排序字典 | ? | ? | ? | ? | ? | ? |
| SortedDictionary<K,V> | 紅黑樹(shù) | 否 | 20 | 130 | 100 | 120 |
| SortedList<K,V> | 2xArray | 是 | 20 | 3300 | 30 | 40 |
| SortList | 2xArray | 是 | 27 | 4500 | 100 | 180 |
從時(shí)間復(fù)雜度來(lái)講，從字典中通過(guò)鍵獲取值所耗費(fèi)的時(shí)間分別如下：
- Hashtable, Dictionary和OrderedDictionary的時(shí)間復(fù)雜度為O(1)
- SortedDictionary和SortList的時(shí)間復(fù)雜度為O(logN)
- ListDictinary的時(shí)間復(fù)雜度為O(n)
這可如何是好，只能改為可排序的對(duì)像？然后使用for解決？
我突然想到，是否可以在循環(huán)時(shí)縮短foreach，來(lái)解決此問(wèn)題呢？
想到可以在循環(huán)時(shí)先copy一份副本，然后再進(jìn)行循環(huán)操作，編寫代碼，查找copy的方法。真是無(wú)奈，沒(méi)有提供任何的copy方法。唉！看來(lái)人都是用來(lái)被逼的，先改個(gè)對(duì)象吧：
把Dictionary修改成了Hashtable對(duì)像（也沒(méi)有索引排序）。代碼如下：
1 class Program 2 { 3 static MyCollection mycoll; 4 static void Main(string[] args) 5 { 6 mycoll = new MyCollection(); 7 Thread readT = new Thread(new ThreadStart(ReadMethod)); 8 readT.Start(); 9 10 Thread addT = new Thread(new ThreadStart(AddMethod)); 11 addT.Start(); 12 Console.ReadLine(); 13 } 14 public static void AddMethod() 15 { 16 for(int i=0;i<10;i++) 17 { 18 Thread.Sleep(500); 19 mycoll.Add("a"+i, i); 20 } 21 } 22 public static void ReadMethod() 23 { 24 while (true) 25 { 26 Thread.Sleep(100); 27 foreach (DictionaryEntry item in mycoll.myDic) 28 { 29 Console.WriteLine(item.Key + " " + item.Value); 30 //其它處理 31 Thread.Sleep(2000); 32 } 33 } 34 } 35 } 36 public class MyCollection 37 { 38 public Hashtable myDic = new Hashtable(); 39 40 public void Add(string key, int value) 41 { 42 if (myDic.ContainsKey(key)) 43 { 44 45 myDic[key] =Convert.ToInt32(myDic[key])+ 1; 46 } 47 else 48 { 49 myDic.Add(key, value); 50 } 51 } 52 53 public void Remove(string key) 54 { 55 if (myDic.ContainsKey(key)) 56 { 57 myDic.Remove(key); 58 } 59 } 60 }代碼一如即往的報(bào)錯(cuò)，錯(cuò)誤信息一樣。
使用copy法試試
輸出結(jié)果如下：
以上結(jié)果輸出
寫到這里，我自己都有些模糊了。這文章和線程安全有毛關(guān)系。
根據(jù)msdn線程安全解釋如下：
線程安全
Hashtable?是線程安全的，可由多個(gè)讀取器線程或一個(gè)寫入線程使用。多線程使用時(shí)，如果任何一個(gè)線程執(zhí)行寫入（更新）操作，它都不是線程安全的。若要支持多個(gè)編寫器，如果沒(méi)有任何線程在讀取?Hashtable?對(duì)象，則對(duì)?Hashtable?的所有操作都必須通過(guò)?Synchronized?方法返回的包裝完成。
從頭到尾對(duì)一個(gè)集合進(jìn)行枚舉本質(zhì)上并不是一個(gè)線程安全的過(guò)程。即使一個(gè)集合已進(jìn)行同步，其他線程仍可以修改該集合，這將導(dǎo)致枚舉數(shù)引發(fā)異常。若要在枚舉過(guò)程中保證線程安全，可以在整個(gè)枚舉過(guò)程中鎖定集合，或者捕捉由于其他線程進(jìn)行的更改而引發(fā)的異常。
經(jīng)過(guò)我們模擬，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)多線程下錯(cuò)誤，但為安全起見(jiàn)，我們?cè)谑褂脮r(shí)，最好根據(jù)msdn所述，在對(duì)線程操作時(shí)加上安全鎖處理，這里我們不需自己定義鎖對(duì)象，因?yàn)槲④浿苯犹峁┝薙yncRoot進(jìn)行安全鎖處理。 修改后的代碼如下： 1 class Program 2 { 3 static MyCollection mycoll; 4 static void Main(string[] args) 5 { 6 mycoll = new MyCollection(); 7 Thread readT = new Thread(new ThreadStart(ReadMethod)); 8 readT.Start(); 9 10 Thread addT = new Thread(new ThreadStart(AddMethod)); 11 addT.Start(); 12 13 14 Thread addT2 = new Thread(new ThreadStart(AddMethod2)); 15 addT2.Start(); 16 17 Thread delT = new Thread(new ThreadStart(DelMethod)); 18 delT.Start(); 19 20 Thread delT2 = new Thread(new ThreadStart(DelMethod2)); 21 delT2.Start(); 22 23 Console.ReadLine(); 24 } 25 26 public static void DelMethod() 27 { 28 for (int i = 0; i < 10; i++) 29 { 30 Thread.Sleep(800); 31 if(mycoll.myDic.ContainsKey("a"+i)) 32 mycoll.myDic.Remove("a" + i); 33 } 34 } 35 36 public static void DelMethod2() 37 { 38 for (int i = 0; i < 10; i++) 39 { 40 Thread.Sleep(800); 41 if (mycoll.myDic.ContainsKey("b" + i)) 42 mycoll.myDic.Remove("b" + i); 43 } 44 } 45 46 public static void AddMethod2() 47 { 48 for (int i = 0; i < 10; i++) 49 { 50 Thread.Sleep(500); 51 mycoll.Add("b" + i, i); 52 } 53 } 54 public static void AddMethod() 55 { 56 for(int i=0;i<10;i++) 57 { 58 Thread.Sleep(500); 59 mycoll.Add("a"+i, i); 60 } 61 } 62 public static void ReadMethod() 63 { 64 Hashtable tempHt = null; 65 while (true) 66 { 67 Thread.Sleep(100); 68 lock (mycoll.myDic.SyncRoot) 69 { 70 tempHt = mycoll.myDic.Clone() as Hashtable; 71 } 72 Console.WriteLine("\r\n=================================\r\n"); 73 foreach (DictionaryEntry item in tempHt) 74 { 75 Console.WriteLine(item.Key + " " + item.Value); 76 //其它處理 77 Thread.Sleep(600); 78 } 79 } 80 } 81 } 82 public class MyCollection 83 { 84 public Hashtable myDic = new Hashtable(); 85 86 public void Add(string key, int value) 87 { 88 lock (myDic.SyncRoot) 89 { 90 if (myDic.ContainsKey(key)) 91 { 92 93 myDic[key] = Convert.ToInt32(myDic[key]) + 1; 94 } 95 else 96 { 97 myDic.Add(key, value); 98 } 99 } 100 } 101 102 public void Remove(string key) 103 { 104 if (myDic.ContainsKey(key)) 105 { 106 lock (myDic.SyncRoot) 107 { 108 myDic.Remove(key); 109 } 110 } 111 } 112 }時(shí)間損耗
1 public static void ReadMethod() 2 { 3 Hashtable tempHt = null; 4 System.Diagnostics.Stopwatch stopwatch = new Stopwatch(); 5 stopwatch.Start(); // 開(kāi)始監(jiān)視代碼運(yùn)行時(shí)間 6 while (true) 7 { 8 Thread.Sleep(100); 9 lock (mycoll.myDic.SyncRoot) 10 { 11 tempHt = mycoll.myDic.Clone() as Hashtable; 12 } 13 Console.WriteLine("\r\n=================================\r\n"); 14 foreach (DictionaryEntry item in tempHt) 15 { 16 Console.WriteLine(item.Key + " " + item.Value); 17 //其它處理 18 Thread.Sleep(600); 19 } 20 if (tempHt != null && tempHt.Count == 20) 21 { 22 break; 23 } 24 } 25 stopwatch.Stop(); // 停止監(jiān)視 26 TimeSpan timespan = stopwatch.Elapsed; // 獲取當(dāng)前實(shí)例測(cè)量得出的總時(shí)間 27 Console.WriteLine("全部加滿用時(shí):" + timespan.Milliseconds); 28 } 29 }?
好了，多線程安全問(wèn)題就說(shuō)到這里，總結(jié)來(lái)說(shuō)就是注意鎖在多線程中的應(yīng)用。
如有此文章內(nèi)存在問(wèn)題，還請(qǐng)多多指正。
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總結(jié)
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