C# 串口关闭时主界面卡死原因分析

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• 问题描述
• 查找原因
  • SerialPort类Open()方法
  • SerialPort类Close()方法
• 死锁原因
• 解决死锁
• 总结

问题描述

前几天用SerialPort类写一个串口的测试程序，关闭串口的时候会让界面卡死。
参考博客windows程序界面卡死的原因，得出界面卡死原因：主线程和其他的线程由于资源或者锁争夺，出现了死锁。

参考知乎文章WinForm界面假死，如何判断其卡在代码中的哪一步？，通过点击调试暂停，查看ui线程函数栈，直接定位阻塞代码的行数，确定问题出现在SerialPort类的Close()方法。

参考文章C# 串口操作系列(2) -- 入门篇，为什么我的串口程序在关闭串口时候会死锁 ？文章的解决方法和网上的大部分解决方法类似：定义2个bool类型的标记Listening和Closing，关闭串口和接受数据前先判断一下。我个人并不太接受这种方法，感觉还有更好的方式，而且文章讲述的也并不太清楚。

查找原因

基于刨根问底的原则，我继续查找问题发生的原因。
先看看导致界面卡死的代码：

void comm_DataReceived(object sender, SerialDataReceivedEventArgs e)   
{   
    //获取串口读取的字节数
    int n = comm.BytesToRead;    
    //读取缓冲数据  
    comm.Read(buf, 0, n);       
    //因为要访问ui资源，所以需要使用invoke方式同步ui。   
    this.Invoke(new Action(() =>{...界面更新，略})); 
}   
  
private void buttonOpenClose_Click(object sender, EventArgs e)   
{   
    //根据当前串口对象，来判断操作   
    if (comm.IsOpen)   
    {   
        //打开时点击，则关闭串口   
        comm.Close();//界面卡死的原因
    }   
    else  
    {...}  
}

问题就出现在上面的代码中，原理目前还不明确，我只能参考.NET源码来查找问题。

SerialPort类Open()方法

SerialPort类Close()方法的源码如下：

		public void Open()
        {
           //省略部分代码...
            internalSerialStream = new SerialStream(portName, baudRate, parity, dataBits, stopBits, readTimeout,
                writeTimeout, handshake, dtrEnable, rtsEnable, discardNull, parityReplace);
 
            internalSerialStream.SetBufferSizes(readBufferSize, writeBufferSize); 
            internalSerialStream.ErrorReceived += new SerialErrorReceivedEventHandler(CatchErrorEvents);
            internalSerialStream.PinChanged += new SerialPinChangedEventHandler(CatchPinChangedEvents);
            internalSerialStream.DataReceived += new SerialDataReceivedEventHandler(CatchReceivedEvents);
        } 

每次执行SerialPort类Open()方法都会出现实例化一个SerialStream类型的对象，并将CatchReceivedEvents事件处理程序绑定到SerialStream实例的DataReceived事件。

SerialStream类CatchReceivedEvents方法的源码如下：

        private void CatchReceivedEvents(object src, SerialDataReceivedEventArgs e)
        {
            SerialDataReceivedEventHandler eventHandler = DataReceived;
            SerialStream stream = internalSerialStream;
 
            if ((eventHandler != null) && (stream != null)){
                lock (stream) {
                    bool raiseEvent = false;
                    try {
                        raiseEvent = stream.IsOpen && (SerialData.Eof == e.EventType || BytesToRead >= receivedBytesThreshold);    
                    }
                    catch {
                        // Ignore and continue. SerialPort might have been closed already! 
                    }
                    finally {
                        if (raiseEvent)
                            eventHandler(this, e);  // here, do your reading, etc. 
                    }
                }
            }
        }
 

可以看到SerialStream类CatchReceivedEvents方法触发自身的DataReceived事件，这个DataReceived事件就是我们处理串口接收数据的用到的事件。

DataReceived事件处理程序是在lock (stream) {...}块中执行的，ErrorReceived 、PinChanged 也类似。

SerialPort类Close()方法

SerialPort类Close()方法的源码如下：

		// Calls internal Serial Stream's Close() method on the internal Serial Stream.
        public void Close()
        {
            Dispose();
        }
        
        public void Dispose() {
            Dispose(true);
            GC.SuppressFinalize(this);
        }
        protected override void Dispose( bool disposing )
        {
            if( disposing ) {
                if (IsOpen) {
                    internalSerialStream.Flush();
                    internalSerialStream.Close();
                    internalSerialStream = null;
                }
            }
            base.Dispose( disposing );
        }        

可以看到，执行Close()方法最终会调用Dispose( bool disposing )方法。
微软SerialPort类对父类的Dispose( bool disposing )方法进行了重写，在执行base.Dispose( disposing )前会执行internalSerialStream.Close()方法，也就是说SerialPort实例执行Close()方法时会先关闭SerialPort实例内部的SerialStream实例，再执行父类的Close()操作。

base.Dispose( disposing )方法不作为重点，我们再看internalSerialStream.Close()方法。

SerialStream类源码没有找到Close()方法，说明没有重写父类的Close方法，直接看父类的Close()方法，源码如下：

		public virtual void Close()
        {
            Dispose(true);
            GC.SuppressFinalize(this);
        }        

SerialStream父类的Close方法调用了Dispose(true)，不过SerialStream类重写了父类的Dispose(bool disposing)方法，源码如下：

		protected override void Dispose(bool disposing)
        {
            if (_handle != null && !_handle.IsInvalid) {
                try {
                //省略一部分代码
                }
                finally {
                    // If we are disposing synchronize closing with raising SerialPort events
                    if (disposing) {
                        lock (this) {
                            _handle.Close();
                            _handle = null;
                        }
                    }
                    else {
                        _handle.Close();
                        _handle = null;
                    }
                    base.Dispose(disposing);
                }
            }
        }

SerialStream父类的Close方法调用了Dispose(true)，上面的代码一定会执行到lock (this) 语句，也就是说SerialStream实例执行Close()方法时会lock自身。

死锁原因

把我们前面源码分析的结果总结一下：

• DataReceived事件处理程序是在lock (stream) {...}块中执行的
• SerialPort实例执行Close()方法时会先关闭SerialPort实例内部的SerialStream实例
• SerialStream实例执行Close()方法时会lock实例自身

当辅助线程调用DataReceived事件处理程序处理串口数据但还未更新界面时，点击界面“关闭”按钮调用SerialPort实例的Close()方法，UI线程会在lock(stream)处一直等待辅助线程释放stream的线程锁。
当辅助线程处理完数据准备更新界面时问题来了，DataReceived事件处理程序中的this.Invoke()一直会等待UI线程来执行委托，但此时UI线程还停在SerialPort实例的Close()方法处等待DataReceived事件处理程序执行完成。
此时，线程死锁发生，两边都执行不下去了。

解决死锁

网上大多数方法都是定义2个bool类型的标记Listening和Closing，关闭串口和接受数据前先判断一下。
我的方法是DataReceived事件处理程序用this.BeginInvoke()更新界面，不等待UI线程执行完委托就返回，stream的线程锁会很快释放，SerialPort实例的Close()方法也无需等待。

总结

问题最终的答案其实很简单，但我在查阅.NET源码查找问题源头的过程中收获了很多。这是我第一次这么深入的查看.NET源码，发现这种解决问题的方法还是很有用处的。结果不重要，解决问题的方法是最重要的。