最近公司的项目中发现一个编译优化导致的bug。同事叙述为“在CPU开启out-of-order execution优化时,是有bug的”。针对这个问题,比较好的优化方法如下:
private static JobManager self; private static object asyncObj = new object (); public static JobManager Instance { get { if (self == null ) { lock (asyncObj) { if (self == null ) { // 正确的实现方法应该为: var temp = new JobManager(); Interlocked.Exchange(ref self, temp); self = new JobManager(); } } } return self; } } |
这里需要解释一下:
self = new JobManager()
这句你的本意是为 JobManager 分配内存,调用构造器初始化字段,再将引用赋给 self ,即发布出来让其他线程可见。但是,那只是你一厢情愿的想法,编译器可能这样做:为JobManager 分配内存,将引用发布到(赋给)self,再调用构造器。然而,如果在将引用发布给 self 之后,调用构造器之前,另一个线程发现 self 不为 null,便开始使用JobManager对象,这时会发生什么?这个时候对象的构造器还没有执行结束!这是一个很难追踪的bug。
从双检锁技术的角度来看,使用Interlocked.Exchange确实是最好的解决方案。但有两个问题,它该如何解决?
1.速度是否够快?
2.如果一个线程池线程在Monitor的线程同步构造上阻塞,线程池会创建另一个线程来保持CPU的“饱和”,而创建一个新线程的代价是很昂贵的,我们该如何避免这样的情况?
试着跳出“lock+2次if”的框子,我们可以使用Interlocked.CompareExchange来解决上面的问题。下面是一个示例:
internal sealed class MySingleton { private static MySingleton s_value = null ; public static MySingleton GetMySingleton() { if (s_value != null ) return s_value; MySingleton temp = new MySingleton(); Interlocked.CompareExchange( ref s_value, temp, null ); return s_value; } } |
虽然多个线程同时调用GetMySingleton,会创建2个或者更多的MySingleton对象,但没有被s_value引用的临时对象会在以后被垃圾回收。大多数应用程序很少会发生同时调用GetMySingleton的情况,所以不太可能出现创建多个MySingleton对象的情况。上述代码带来优势是很明显的,首先,它的速度是非常快,其次,它永不阻塞线程。这就解决了前面在双检锁技术中提出的问题。
另外,在.net 4.0中提供了2个类型封装上述两种模式(双检锁技术、使用Interlocked.CompareExchange技术):
泛型System.Lazy类和System.Threading.LazyInitializer类。下面是2个示例:
public static void Main() { Lazy< string > s = new Lazy< string >(() => DateTime.Now.ToLongTimeString(), LazyThreadSafetyMode.PublicationOnly); Console.WriteLine(s.IsValueCreated); Console.WriteLine(s.Value); Console.WriteLine(s.IsValueCreated); Thread.Sleep(5000); Console.WriteLine(s.Value); Console.WriteLine(DateTime.Now.ToLongTimeString()); } |
输出结果:
public static void Main() { string name = null ; LazyInitializer.EnsureInitialized( ref name, () => "Benjamin" ); Console.WriteLine(name); LazyInitializer.EnsureInitialized( ref name, () => "Yao" ); Console.WriteLine(name); } |
输出结果:
其中枚举LazyThreadSafetyMode解释如下:
public enum LazyThreadSafetyMode { None = 0, //完全没有线程安全劫持(适合GUI应用程序) PublicationOnly = 1, //使用Interlocked.CompareExchange技术 ExecutionAndPublication = 2, //使用双检锁技术 } |