.Net常见线程安全问题整理

最近线上又出现了几次线程安全问题 导致的服务异常，
线程安全问题都是隐藏的炸弹，有可能几个月都不出问题，也有可能连续几天爆炸好几次，
问题出现的结果完全是无法确定的，包括但不限于如下结果：

1. 应用异常，且无法自恢复，必须重启站点或服务；
2. 陷入死循环，导致CPU占用100%，从而整台服务器崩溃；
3. 错误数据入库，导致一系列的排查、数据修复的困难，甚至可能无法修复数据；

因此，很有必要做几次全局的筛查，做一些特征值搜索和处理，
简单梳理了一下，凡是符合如下5种特征的代码，都有线程不安全的可能性：

1、类的静态变量：

public class Iamclass
{
    static Dictionary<string, string> _cache = new Dictionary<string, string>();
    public static void Operation()
    {
        _cache.Add(new Guid().ToString(), "1");// 线程不安全代码
    }
}

2、类的静态属性：

public class Iamclass
{
    static Dictionary<string, string> Cache {get; set;} = new Dictionary<string, string>();
    public static void Operation()
    {
        Cache.Add(new Guid().ToString(), "1");// 线程不安全代码
    }
}

3、单例对象的静态变量：

public class XxxService
{
    IIamclass instance = IocHelper.GetSingleInstance<IIamclass>(); // 获取单例
}
public class Iamclass : IIamclass
{
    Dictionary<string, string> _cache = new Dictionary<string, string>();
    public void Operation()
    {
        _cache.Add(new Guid().ToString(), "1");// 线程不安全代码
    }
}

4、单例对象的静态属性：

public class XxxService
{
    IIamclass instance = IocHelper.GetSingleInstance<IIamclass>(); // 获取单例
}
public class Iamclass : IIamclass
{
    Dictionary<string, string> Cache {get; set;} = new Dictionary<string, string>();
    public void Operation()
    {
        Cache.Add(new Guid().ToString(), "1");// 线程不安全代码
    }
}

5、多线程共享的局部变量

public class XxxService
{
    public void Operation()
    {
        var cache = new Dictionary<string, string>();
        System.Threading.Tasks.Parallel.For(1, 10, idx =>
        {
            cache.Add(new Guid().ToString(), "1"); //线程不安全代码
        });
    }
}

列举下处理过的几次线程安全问题，都是如下2类问题：
1、应用错误且无法恢复的，通常异常为：索引超出了数组界限：

public class MessageService : BaseService
{
    private static Dictionary<string, Timer> _timerDict = new Dictionary<string, Timer>();
    public async void SendMessageAsync(string msgId, MessageInputDto2 input)
    {
	    var timer = new Timer(60 * 1000) { AutoReset = true };
        _timerDict[msgId] = timer;	   // 问题代码 
	    timer.Elapsed += (sender, eventArgs) =>
	    {
	    	try
	    	{
	    		/* 具体业务代码 */
	    		timer.Stop();
                timer.Close();
                _timerDict.Remove(msgId);
	    	}
	    	catch(Exception exp)
	    	{
	    		// 异常处理代码
	    	}
	    }
	}
}

解决方法，一般是加锁
注：如果加lock 可能出现瓶颈，要进行流程梳理，是否要更换实现方案：

lock(_timerDict)
{
	_timerDict[msgId] = timer;	   // 问题代码 
}
timer.Elapsed += (sender, eventArgs) =>
{
	try
	{
		/* 具体业务代码 */
		timer.Stop();
        timer.Close();
        lock(_timerDict)
        {
        	_timerDict.Remove(msgId);
        }
	}
	catch(Exception exp)
	{
		// 异常处理代码
	}
}

2、陷入死循环，导致服务器CPU 100%卡顿问题：
有个常见业务，获取一串没有使用过的随机数或随机字符串，比如用户身份Token，比如抽奖等等
下面是常见的获取不重复的随机数代码，
在_rnd.Next 没有加锁，其内部方法InternalSample会导致返回结果都是0，从而导致while陷入死循环：

public class CodeService
{
    private static Random _rnd = new Random(Guid.NewGuid().GetHashCode());
    public static GetCode()
    {
    	var ret = "";
	    var redis = IocHelper.GetSingleInstance<IRedis>();
	    // 获取一个未使用过的序号
    	do
    	{
    	    ret = _rnd.Next(10000).ToString();  // 问题代码
    	}while(!redis.Add(ret, "", TimeSpan.FromSeconds(3600)));
    	return ret;
    }
}

解决方法，双重校验：加锁，并判断循环次数：

public class CodeService
{
    private static Random _rnd = new Random(Guid.NewGuid().GetHashCode());
    public static GetCode()
    {
    	var ret = "";
	    var redis = IocHelper.GetSingleInstance<IRedis>();
	    var maxLoop = 10;
	    // 获取一个未使用过的序号
    	do
    	{
    		lock(_rnd)
    		{
    	        ret = _rnd.Next(10000).ToString();
    	    }
    	}while(!redis.Add(ret, "", TimeSpan.FromSeconds(3600)) && (maxLoop--) > 0);
    	if(maxLoop <= 0)
    	{
    		throw new Exception("10次循环，未找到可用数据：" + ret);
    	}
    	return ret;
    }
}

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