编写高质量代码改善C#程序的157个建议——建议73：避免锁定不恰当的同步对象

建议73：避免锁定不恰当的同步对象

在C#中，让线程同步的另一种编码方式就是使用线程锁。线程锁的原理，就是锁住一个资源，使得应用程序在此刻只有一个线程访问该资源。通俗地讲，就是让多线程变成单线程。在C#中，可以将被锁定的资源理解成new出来的普通CLR对象。

既然需要锁定的资源就是C#中的一个对象，我们就该仔细思考，到底什么样的对象能够成为一个锁对象（也叫同步对象）？在选择同步对象的时候，应当始终注意以下几点：

1）同步对象在需要同步的多个线程中是可见的同一个对象。
2）在非静态方法中，静态变量不应作为同步对象。
3）值类型对象不能作为同步对象。
4）避免将字符串作为同步对象。
5）降低同步对象的可见性。

下面分别详细介绍以上五个注意事项。

第一个注意事项：需要锁定的对象在多个线程中是可见的，而且是同一个对象。“可见的”这是显而易见的，如果对象不可见，就不能被锁定。“同一个对象”，这也很容易理解，如果锁定的不是同一个对象，那又如何来同步两个对象呢？虽然理解起来简单，但不见得我们在这上面就不会犯错误。为了帮助大家理解本建议的内容，我们先模拟一个必须使用到锁的场景：在遍历一个集合的过程中，同时在另外一个线程中删除集合中的某项。下面这个例子中，如果没有lock语句，将会抛出异常InvalidOperationException：“集合已修改；可能无法执行枚举”：

public partial class FormMain : Form  
{  
    public FormMain()  
    {  
        InitializeComponent();  
    }  
 
    AutoResetEvent autoSet = new AutoResetEvent(false);  
    List<string> tempList = new List<string>() { "init0", "init1", "init2" };  
 
    private void buttonStartThreads_Click(object sender, EventArgs e)  
    {  
        object syncObj = new object();  
 
        Thread t1 = new Thread(() =>
        {  
            //确保等待t2开始之后才运行下面的代码  
            autoSet.WaitOne();  
            lock (syncObj)  
            {  
                foreach (var item in tempList)  
                {  
                    Thread.Sleep(1000);  
                }  
            }  
        });  
        t1.IsBackground = true;  
        t1.Start();  
 
        Thread t2 = new Thread(() =>
        {  
            //通知t1可以执行代码  
            autoSet.Set();  
            //沉睡1秒是为了确保删除操作在t1的迭代过程中  
            Thread.Sleep(1000);  
            lock (syncObj)  
            {  
                tempList.RemoveAt(1);  
            }  
        });  
        t2.IsBackground = true;  
        t2.Start();  
    }  
} 

这是一个Winform窗体应用程序，需要演示的功能在按钮的单击事件中。对象syncObj对于线程t1和t2来说，在CLR中肯定是同一个对象。所以，上面的示例运行是没有问题的。

现在，我们将此示例重构。将实际的工作代码移到一个类型SampleClass中，该示例要在多个SampleClass实例间操作一个静态字段，如下所示：

private void buttonStartThreads_Click(object sender, EventArgs e)  
{  
    SampleClass sample1 = new SampleClass();  
    SampleClass sample2 = new SampleClass();  
    sample1.StartT1();  
    sample2.StartT2();  
}  
 
class SampleClass  
{  
    public static List<string> TempList = new List<string>() { "init0",   
        "init1", "init2" };  
    static AutoResetEvent autoSet = new AutoResetEvent(false);  
    object syncObj = new object();  
          
    public void StartT1()  
    {  
        Thread t1 = new Thread(() =>
        {  
            //确保等待t2开始之后才运行下面的代码  
            autoSet.WaitOne();  
            lock (syncObj)  
            {  
                foreach (var item in TempList)  
                {  
                    Thread.Sleep(1000);  
                }  
            }  
        });  
        t1.IsBackground = true;  
        t1.Start();  
    }  
 
    public void StartT2()  
    {  
        Thread t2 = new Thread(() =>
        {  
            //通知t1可以执行代码  
            autoSet.Set();  
            //沉睡1秒是为了确保删除操作在t1的迭代过程中  
            Thread.Sleep(1000);  
            lock (syncObj)  
            {  
                TempList.RemoveAt(1);  
            }  
        });  
        t2.IsBackground = true;  
        t2.Start();  
    }  
}

该示例运行起来会抛出异常InvalidOperationException：

“集合已修改；可能无法执行枚举。”

查看类型SampleClass的方法StartT1和StartT2，方法内部锁定的是SampleClass的实例变量syncObject。实例变量意味着，每创建一个SampleClass的实例都会生成一个syncObject对象。在本例中，调用者一共创建了两个SampleClass实例，继而分别调用：

sample1.StartT1();  
sample2.StartT2();
也就是说，以上代码锁定的是两个不同的syncObject，这等于完全没有达到两个线程锁定同一个对象的目的。要修正以上错误，只要将syncObject变成static就可以了。

另外，思考一下lock(this)，我们同样不建议在代码中编写这样的代码。如果两个对象的实例分别执行了锁定的代码，实际锁定的也就会是两个对象，完全不能达到同步的目的。

第二个注意事项：在非静态方法中，静态变量不应作为同步对象。也许有读者会问，前面曾说到，要修正第一个注意事项中的示例问题，需要将syncObject变成static。这似乎和本注意事项有矛盾。事实上，第一个注意事项中的示例代码仅仅出于演示的目的，在实际应用中，我们强烈建议不要编写此类代码。在编写多线程代码时，要遵循这样的一个原则：

类型的静态方法应当保证线程安全，非静态方法不需实现线程安全。

FCL中的绝大部分类都遵循了这个原则。像上一个示例中，如果将syncObject变成static，就相当于让非静态方法具备了线程安全性，这带来的一个问题是，如果应用程序中该类型存在多个实例，在遇到这个锁的时候，它们都会产生同步，而这可能不是开发者所愿意看到的。第二个注意事项实际也可以归纳到第一个注意事项中。

第三个注意事项：值类型对象不能作为同步对象。值类型在传递到另一个线程的时候，会创建一个副本，这相当于每个线程锁定的也是两个对象。因此，值类型对象不能作为同步对象。

第四个注意事项：锁定字符串是完全没有必要的，而且相当危险。这整个过程看上去和值类型正好相反。字符串在CLR中会被暂存到内存里，如果有两个变量被分配了相同内容的字符串，那么这两个引用会被指向同一块内存。所以，如果有两个地方同时使用了lock(“abc”)，那么它们实际锁定的是同一个对象，这会导致整个应用程序被阻滞。

第五个注意事项：降低同步对象的可见性。可见范围最广的一种同步对象是typeof(SampleClass)。typeof方法所返回的结果（也就是类型的type）是SampleClass的所有实例所共有的，即：所有实例的type都指向typeof方法的结果。这样一来，如果我们lock(typeof(SampleClass))，当前应用程序中所有SampleClass的实例线程将会全部被同步。这样编码完全没有必要，而且这样的同步对象太开放了。

一般来说，同步对象也不应该是一个公共变量或属性。在FCL的早期版本中，一些常用的集合类型（如ArrayList）提供了公共属性SyncRoot，让我们锁定以便进行一些线程安全的操作。所以你一定会觉得我们刚才的结论不正确。其实不然，ArrayList操作的大部分应用场景不涉及多线程同步，所以它的方法更多的是单线程应用场景。线程同步是一个非常耗时（低效）的操作。若ArrayList的所有非静态方法都要考虑线程安全，那么ArrayList完全可以将这个SyncRoot变成静态私有的。现在它将SyncRoot变为公开的，是让调用者自己去决定操作是否需要线程安全。我们在编写代码时，除非有这样的要求，否则就应该始终考虑降低同步对象的可见性，将同步对象藏起来，只开放给自己或自己的子类就够了（需要开放给子类的情况其实也不多）。

转自：《编写高质量代码改善C#程序的157个建议》陆敏技