C#警惕匿名方法造成的变量共享实例分析

本文实例讲述了c#警惕匿名方法造成的变量共享。分享给大家供大家参考，具体如下：

匿名方法

匿名方法是.net 2.0中引入的高级特性，“匿名”二字说明它可以把实现内联地写在一个方法中，从而形成一个委托对象，而不用有明确地方法名，例如：

static void test()
{
  action<string> action = delegate(string value)
  {
    console.writeline(value);
  };
  action("hello world");
}

但是匿名方法的关键并不仅于“匿名”二字。其最强大的特性就在于匿名方法形成了一个闭包，它可以作为参数传递到另一个方法中去，但同时也能访问方法的局部变量和当前类中的其它成员。例如：

class testclass
{
  private void print(string message)
  {
    console.writeline(message);
  }
  public void test()
  {
    string[] messages = new string[] { "hello", "world" };
    int index = 0;
    action<string> action = (m) =>
    {
      this.print((index++) + ". " + m);
    };
    array.foreach(messages, action);
    console.writeline("index = " + index);
  }
}

如上所示，在testclass的test方法中，action委托调用了同在testclass类中的私有方法print，并对test方法中的局部变量index进行了读写。在加上c# 3.0中lambda表达式的新特性，匿名方法的使用得到了极大的推广。不过，如果使用不当，匿名方法也容易造成难以发现的问题。

问题案例

某位兄弟最近在一个简单的数据导入程序，主要工作是从文本文件中读取数据，进行分析和重组，然后写入数据库。其逻辑大致如下：

static void process()
{
  list<item> batchitems = new list<item>();
  foreach (var item in ...)
  {
    batchitems.add(item);
    if (batchitems.count > 1000)
    {
      datacontext db = new datacontext();
      db.items.insertallonsubmit(batchitems);
      db.submitchanges();
      batchitems = new list<item>();
    }
  }
}

每次从数据源中读取数据后，添加到batchitems列表中，当batchitems满1000条时便进行一次提交。这段代码功能运行正常，可惜时间卡在了数据库提交上。数据的获取和处理很快，但是提交一次就要花较长时间。于是想想，数据提交和数据处理不会有资源上的冲突，那么就把数据提交放在另外一个线程上进行处理吧！于是，使用threadpool来改写代码：

static void process()
{ 
  list<item> batchitems = new list<item>();
  foreach (var item in ...)
  {
    batchitems.add(item);
    if (batchitems.count > 1000)
    {
      threadpool.queueuserworkitem((o) =>
      {
        datacontext db = new datacontext();
        db.items.insertallonsubmit(batchitems);
        db.submitchanges();
      });
      batchitems = new list<item>();
    }
  }
}

现在，我们将数据提交操作交给threadpoll执行，当线程池中有额外线程时，就会发起数据提交操作。而数据提交操作不会阻塞数据处理，因此按照那位兄弟的意图，数据会不断进行处理，最后只要等待所有数据库提交完成就可以了。思路很好，可惜运行时发现，原本（不利用多线程时）运行正常的代码，如今会“莫名其妙”地抛出异常。更为奇怪的是，数据库中的数据出现了丢失的情况：处理了并“提交”了一百万条数据，但是数据库里却少了一部分。于是对着代码左看右看，百思不得其解。

您看出问题原因来了吗？

分析原因

要发现问题所在，我们必须了解匿名方法在.net环境中的实现方式。

.net中本没有什么“匿名方法”，也没有类似的新特性。“匿名方法”完全是由编译器施展的魔法，它会将匿名方法中需要访问的所有成员一起包含在闭包中，确保所有的成员调用都符合.net标准。例如在文章第一节中的第2个示例，实际上由编译器处理之后就变成了如下的样子（自然字段名经过“友好化”处理）：

class testclass
{
  ...
  private sealed class autogeneratedhelperclass
  {
    public testclass m_testclassinstance;
    public int m_index;
    public void action(string m)
    {
      this.m_index++;
      this.m_testclassinstance.print(m);
    }
  }
  public void testaftercompiled()
  {
    autogeneratedhelperclass helper = new autogeneratedhelperclass();
    helper.m_testclassinstance = this;
    helper.m_index = 0;
    string[] messages = new string[] { "hello", "world" };
    action<string> action = new action<string>(helper.action);
    array.foreach(messages, action);
    console.writeline(helper.m_index);
  }
}

由此就可以看出编译器是如何实现一个闭包的：

编译器自动生成一个私有的内部辅助类，并将其设为sealed，这个类的实例将成为一个闭包对象。

如果匿名方法需要访问方法的参数或局部变量，那么该参数或局部变量将“升级”成为辅助类中的公有field字段。

如果匿名方法需要访问类中的其它方法，那么辅助类中将保存类的当前实例。

值得一提的是，在实际情况下以上三点理论都皆可能不满足。在某些特别简单的情况下（例如匿名方法中完全不涉及局部变量和其他方法），编译器只会简单生成一个静态的方法来构造一个委托实例，因为这样可以获得更好的性能。

对于之前的案例，我们现在也将它进行一番改写，这样便可“避免”使用匿名对象，也可以清楚地展现出问题原因：

private class autogeneratedclass
{
  public list<item> m_batchitems;
  public void waitcallback(object o)
  {
    datacontext db = new datacontext();
    db.items.insertallonsubmit(this.m_batchitems);
    db.submitchanges();
  }
}
static void process()
{ 
  var helper = new autogeneratedclass();
  helper.m_batchitems = new list<item>();
  foreach (var item in ...)
  {
    helper.m_batchitems.add(item);
    if (helper.m_batchitems.count > 1000)
    {
      threadpool.queueuserworkitem(helper.waitcallback);
      helper.m_batchitems = new list<item>();
    }
  }
}

编译器会自动生成一个autogeneratedclass类，并且在process方法中使用这个类的实例来代替原来的batchitems局部变量。同样，交给threadpool的委托对象也从匿名方法变成了autogeneratedclass实例的公有方法。因此线程池每次调用的便是该实例的waitcallback方法。

现在问题应该一目了然了吧？每次把委托交给线程池之后，线程池并不会立即执行，而会保留到合适的时间再进行。而waitcallback方法在执行时，它会读取m_batchitems这个field字段“当前”所引用的对象。而与此同时，process方法已经“抛弃”了原本我们要提交的数据，因此会引起提交到数据库中数据的丢失。同时，在准备每批次数据的过程中，很有可能会发起两次数据提交，两个线程提交同样一批item时，就抛出了所谓“莫名其妙”的异常。

解决问题

找到了问题所在，解决起来自然轻而易举：

private class wrapperclass
{
  private list<item> m_items;
  public wrapperclass(list<item> items)
  {
    this.m_items = items;
  }
  public void waitcallback(object o)
  {
    datacontext db = new datacontext();
    db.items.insertallonsubmit(this.m_items);
    db.submitchanges();
  }
}
static void process()
{
  list<item> batchitems = new list<item>();
  foreach (var item in ...)
  {
    batchitems.add(item);
    if (batchitems.count > 1000)
    {
      threadpool.queueuserworkitem(
        new wrapperclass(batchitems).waitcallback);
      batchitems = new list<item>();
    }
  }
}

这里我们明确地准备一个封装类，用它来保留我们需要提交的数据。而每次提交时则使用保留好的数据，自然不会发生不该有的“数据共享”，从而避免了错误的发生1。

总结

匿名方法是强大的，但是也会造成一些令人难以察觉的陷阱。对于使用匿名方法创建的委托，如果不会立即同步执行，并且其中使用了方法的局部变量，那么您就需要对其留个心眼了。因为此时“局部变量”事实上已经由编译器转变成一个自动类的实例上的field字段，而这个字段将被当前方法和委托对象共享。如果您在创建了委托对象之后还会修改共享的“局部变量”，那么请再三确认这样做符合您的意图，而不会造成问题。

此类问题也不光会出现在匿名方法中。如果您使用lambda表达式创建了一个表达式树，其中也用到了一个“局部变量”，那么表达式树在解析或执行时同样也会获取“当前”的值，而不是创建表达式树时的值。

这也是为什么java中的内联写法——匿名类——如果要共享方法内的“局部变量”，则必须将变量使用final关键字来修饰：这样这个变量只能在声明时赋值，避免了后续的“修改”可能会造成的“古怪问题”。

希望本文所述对大家c#程序设计有所帮助。