多线程问题与double-check

在一个多线程程序中，如果共享资源同时被多个线程使用，就有可能会造成多线程问题，这主要取决于针对该资源的某项操作是否是线程安全的。例如，.Net中的dictionary就是一个完全线程不安全的数据结构，对于dictionary的插入、删除都有可能带来多线程问题，这主要是由于dictionary的内部实现结构会频繁的由于插入、删除操作而改变长度，这时，如果出现多线程问题，程序最可能抛出数组越界的Exception。特别的，对于WebService来讲，每一个请求都会生成一个thread/instance，因此就要特别注意多线程问题了。

一般地，多线程问题常常发生于对于共享资源的同时使用。例如，对于类的成员变量的使用，对于全局静态变量的使用，而对于函数内部的局部变量而言，一般式不会存在多线程问题的，因为每个线程在调用一个特定的函数时，都会生成一份函数内部成员变量的副本，线程和线程之间是互不相干的。
解决多线程问题，最常见的方式就是加锁，使得某一资源在同一时刻只能被一个线程所用，而其他线程则必须在被加锁的代码外等待，直到锁被解除，例如如下c#代码所示：

            lock (_lock)
            {
                //do something to the shared resources.
            }

 

下面说说double-check。
多线程问题也常常和一种lazy-initialize的设计模式联系在一起。在这里就会慢慢引出double-check。lazy-initialize讲的是，对于一些特别复杂的对象，让程序在第一次调用它的时候再对它进行初始化，而且保证仅仅初始化一次。
首先想到的设计是这样的：

    class A
    {


        private ComplexClass _result = null;

        public ComplexClass GetResult()
        {
            if (_result == null)
            {
                _result = new ComplexClass();
            }
            return _result;
        }
    }

但是这样有一个问题。ComplexClass的构造过程较长的话，当第一个线程还在进行ComplexClass构造的时候，_result可能是null，也可能指向了一个尚未初始化完成的对象。这样，要么两个线程初始化了两次ComplexClass，要么第二个线程会返回一个指向不完整对象的引用。所以，在这里需要用到一个锁，如下所示：

        ComplexClass GetResult()
        {
            lock (_lock)
            {
                if (_result == null)
                {
                    _result = new ComplexClass();
                }
            }
            return _result;
        }

这样，虽然多线程的问题解决了，但是每一次需要使用result时都会请求锁，而请求锁对程序的性能是有很大影响的，因此我们在lock的外面再加一层check：

        ComplexClass GetResult()
        {
            if (_result == null)
            {
                lock (_lock)
                {
                    if (_result == null)
                    {
                        _result = new ComplexClass();
                    }
                }
            }
            return _result;
        }

这样，对于所有初始化完成后的请求，就都不用请求锁，而是直接返回_result。
但是还是存在一点问题。对于一些编程语言来说，_result = new ComplexClass();这句代码会使得_result指向一个部分初始化的对象。也就是说，当线程A在初始化ComplexClass时，线程B有可能会判断_result已经不是null了，而这时其实初始化尚未完成，这时线程B就直接返回了一个部分初始化的对象，会造成程序的崩溃。那么，这个问题怎么解决呢？一般的解决方法是在程序内部再加一个局部变量（标识变量）做一层缓冲：

        ComplexClass GetResult()
        {
            ComplexClass result;
            if (_result == null)
            {
                lock (_lock)
                {
                    if (_result == null)
                    {
                        result = new ComplexClass();
                        _result = result;
                    }
                }
            }
            return _result;
        }

这样，上面的问题就彻底解决了～