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在有 UI 线程参与的同步锁（如 AutoResetEvent）内部使用 await 可能导致死锁

AutoResetEvent、ManualResetEvent、Monitor、lock 等等这些用来做同步的类，如果在异步上下文（await）中使用，需要非常谨慎。

本文将说一个在同步上下文中非常常见的一种用法，换成异步上下文中会产生死锁的问题。

本文内容

一段正常的同步上下文的代码
一个微调即会死锁
此死锁的触发条件
此死锁的原因
更多死锁问题

一段正常的同步上下文的代码

先看看一段非常简单的代码：

private void OnLoaded(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    ThreadPool.SetMinThreads(100, 100);

    // 全部在后台线程，不会死锁。
    for (var i = 0; i < 100; i++)
    {
        Task.Run(() => Do());
    }

    // 主线程执行与后台线程并发竞争，也不会死锁。
    for (var i = 0; i < 100; i++)
    {
        Do();
    }
}

private void Do()
{
    _resetEvent.WaitOne();

    try
    {
        // 这个 ++ 在安全的线程上下文中，所以不需要使用 Interlocked.Increment(ref _count);
        _count++;
        DoCore();
    }
    finally
    {
        _resetEvent.Set();
    }
}

private void DoCore()
{
    Console.WriteLine($"[{_count.ToString().PadLeft(3, ' ')}] walterlv is a 逗比");
}

以上代码运行会输出 200 个 “walterlv is a 逗比”：

[  1] walterlv is a 逗比
[  2] walterlv is a 逗比
[  3] walterlv is a 逗比
[  4] walterlv is a 逗比
[  5] walterlv is a 逗比
[  6] walterlv is a 逗比
[  7] walterlv is a 逗比
[  8] walterlv is a 逗比
[  9] walterlv is a 逗比
[ 10] walterlv is a 逗比
// 有 200 个，但是不需要再在这里占用行数了。[197] walterlv is a 逗比
[200] walterlv is a 逗比

以上代码最关键的使用锁进行同步的地方是 Do 函数，采用了非常典型的防止方法重入的措施：

// 获得锁
try
{
    // 执行某个需要线程安全的操作。
}
finally
{
    // 释放锁
}

我们设置了线程池最小线程数为 100，这样在使用 Task.Run 进行并发的时候，一次能够开启 100 个线程来执行 Do 方法。同时 UI 线程也执行 100 次，与后台线程竞争输出。

一个微调即会死锁

现在我们微调一下刚刚的代码：

private void OnLoaded(object sender, RoutedEventArgs e)
{
    ThreadPool.SetMinThreads(100, 100);

    // 全部在后台线程，不会死锁。
    for (var i = 0; i < 100; i++)
    {
        Task.Run(() => DoAsync());
    }

    // 主线程执行与后台线程并发竞争，也不会死锁。
    for (var i = 0; i < 100; i++)
    {
        DoAsync();
    }
}

private async Task DoAsync()
{
    _resetEvent.WaitOne();

    try
    {
        _count++;
        await DoCoreAsync();
    }
    finally
    {
        _resetEvent.Set();
    }
}

private async Task DoCoreAsync()
{
    await Task.Run(async () =>
    {
        Console.WriteLine($"[{_count.ToString().PadLeft(3, ' ')}] walterlv is a 逗比");
    });
}

为了直观看出差别，我只贴出不同之处：

        {
--          Task.Run(() => Do());
++          Task.Run(() => DoAsync());
        }
    ...
        {
--          Do();
++          DoAsync();
        }

--  private void Do()
++  private async Task DoAsync()
    {
    ...
            _count++;
--          await DoCore();
++          await DoCoreAsync();
        }
    ...
    }

--  private void DoCore()
++  private async Task DoCoreAsync()
    {
--      Console.WriteLine($"[{_count.ToString().PadLeft(3, ' ')}] walterlv is a 逗比");
++      await Task.Run(async () =>
++      {
++          Console.WriteLine($"[{_count.ToString().PadLeft(3, ' ')}] walterlv is a 逗比");
++      });
    }

现在再运行代码，只输出几次程序就停下来了：

[  0] walterlv is a 逗比
[  1] walterlv is a 逗比
[  2] walterlv is a 逗比
[  3] walterlv is a 逗比
[  4] walterlv is a 逗比
[  5] walterlv is a 逗比

每次运行时，停下来的次数都不相同，这也正符合多线程坑的特点。

此死锁的触发条件

实际上，以上这段代码如果没有 WPF / UWP 的 UI 线程的参与，是 不会出现死锁 的。

但是，如果有 UI 线程参与，即便只有 UI 线程调用，也会直接死锁。例如：

DoAsync();
DoAsync();

只是这样的调用，你会看到值输出一次 —— 这就已经死锁了！

此死锁的原因

WPF / UWP 等 UI 线程会使用 DispatcherSynchronizationContext 作为线程同步上下文，我在出让执行权：Task.Yield, Dispatcher.Yield - walterlv 一问中有说到它的原理。

在 await 等待完成之后，会调用 BeginInvoke 回到 UI 线程。然而，此时 UI 线程正卡死在 _resetEvent.WaitOne();，于是根本没有办法执行 BeginInvoke 中的操作，也就是 await 之后的代码。然而释放锁的代码 _resetEvent.Set(); 就在 await 之后，所以不会执行，于是死锁。