.NET异步和多线程系列（四）- 多线程异常处理、线程取消、多线程的临时变量问题、线程安全和锁lock
本文是.NET异步和多线程系列第四章，主要介绍的是多线程异常处理、线程取消、多线程的临时变量问题、线程安全和锁lock等。
一、多线程异常处理
多线程里面抛出的异常，会终结当前线程，但是不会影响别的线程。那线程异常哪里去了？ 被吞了。
假如想获取异常信息，这时候要怎么办呢？下面来看下其中的一种写法（不推荐）：
/// <summary> /// 1 多线程异常处理和线程取消 /// 2 多线程的临时变量 /// 3 线程安全和锁lock /// </summary> private void btnThreadCore_Click(object sender, EventArgs e) { Console.WriteLine($"****************btnThreadCore_Click Start {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); #region 多线程异常处理 { try { List<Task> taskList = new List<Task>(); for (int i = 0; i < 100; i++) { string name = $"btnThreadCore_Click_{i}"; taskList.Add(Task.Run(() => { if (name.Equals("btnThreadCore_Click_11")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_11异常"); } else if (name.Equals("btnThreadCore_Click_12")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_12异常"); } else if (name.Equals("btnThreadCore_Click_38")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_38异常"); } Console.WriteLine($"This is {name}成功 ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); })); } //多线程里面抛出的异常，会终结当前线程，但是不会影响别的线程。 //那线程异常哪里去了？ 被吞了。 //假如我想获取异常信息，还需要通知别的线程 Task.WaitAll(taskList.ToArray()); //1 可以捕获到线程的异常 } catch (AggregateException aex) //2 需要try-catch-AggregateException { foreach (var exception in aex.InnerExceptions) { Console.WriteLine(exception.Message); } } catch (Exception ex) //可以多catch 先具体再全部 { Console.WriteLine(ex); } //线程异常后经常是需要通知别的线程，而不是等到WaitAll，问题就是要线程取消？ //工作中常规建议：多线程的委托里面不允许异常，包一层try-catch，然后记录下来异常信息，完成需要的操作。 } #endregion 多线程异常处理 Console.WriteLine($"****************btnThreadCore_Click End {Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")} " + $"{DateTime.Now.ToString("yyyy-MM-dd HH:mm:ss.fff")}***************"); }
上面的这种写法往往太极端了，一下子捕获了所有的异常。在真实工作中，线程异常后通常是需要通知别的线程（进行线程取消），而不是等到WaitAll。
工作中常规建议：多线程的委托里面不允许异常，包一层try-catch，然后记录下来异常信息，完成需要的操作。具体的我们往下继续看。
二、线程取消
多线程并发任务，某个失败后，希望通知别的线程都停下来，要如何实现呢？
Thread.Abort--终止线程；向当前线程抛一个异常然后终结任务；线程属于OS资源，可能不会立即停下来。非常不建议这样子去做，该方法现在也被微软给废弃了。
既然Task不能外部终止任务，那只能自己终止自己（上帝才能打败自己），下面我们来看下具体的代码：（推荐）
#region 线程取消 { //多线程并发任务，某个失败后，希望通知别的线程都停下来，要如何实现呢？ //Thread.Abort--终止线程；向当前线程抛一个异常然后终结任务；线程属于OS资源，可能不会立即停下来。非常不建议这样子去做，该方法现在也被微软给废弃了。 //Task不能外部终止任务，只能自己终止自己(上帝才能打败自己) //cts有个bool属性IsCancellationRequested 初始化是false //调用Cancel方法后变成true(不能再变回去),可以重复Cancel try { CancellationTokenSource cts = new CancellationTokenSource(); List<Task> taskList = new List<Task>(); for (int i = 0; i < 50; i++) { string name = $"btnThreadCore_Click_{i}"; taskList.Add(Task.Run(() => { try { if (!cts.IsCancellationRequested) Console.WriteLine($"This is {name} 开始 ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); Thread.Sleep(new Random().Next(50, 100)); if (name.Equals("btnThreadCore_Click_11")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_11异常"); } else if (name.Equals("btnThreadCore_Click_12")) { throw new Exception("btnThreadCore_Click_12异常"); } else if (name.Equals("btnThreadCore_Click_13")) { cts.Cancel(); } if (!cts.IsCancellationRequested) { Console.WriteLine($"This is {name}成功结束 ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); } else { Console.WriteLine($"This is {name}中途停止 ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); return; } } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(ex.Message); cts.Cancel(); } }, cts.Token)); //加参数cts.Token目的是：在Cancel时还没有启动的任务，就不启动了。 //但是所有没有启动的任务都会抛出一个异常cts.Token.ThrowIfCancellationRequested } //1 准备cts 2 try-catch-cancel 3 Action要随时判断IsCancellationRequested //尽快停止，肯定有延迟，在判断环节才会结束 Task.WaitAll(taskList.ToArray()); //如果线程还没启动，能不能就别启动了？加参数cts.Token //1 启动线程传递Token 2 异常抓取 //在Cancel时还没有启动的任务，就不启动了；也是抛异常，cts.Token.ThrowIfCancellationRequested } catch (AggregateException aex) { foreach (var exception in aex.InnerExceptions) { Console.WriteLine(exception.Message); } } catch (Exception ex) { Console.WriteLine(ex.Message); } } #endregion 线程取消
CancellationTokenSource有个bool属性IsCancellationRequested，初始化是false，调用Cancel方法后变成true(不能再变回去)，可以重复Cancel。cts是线程安全的。
值得一提的是，使用Task.Run启动线程的时候还传了一个cts.Token的参数，目的是：调用Cancel方法后还没有启动的任务，就不启动了，实现原理是所有没有启动的任务都会抛出一个System.Threading.Tasks.TaskCanceledException类型的异常，异常描述为“已取消一个任务”，抛出异常后任务自然也就终止了。一般情况下我们不会主动的去捕获这种异常，
那如果想看到这种异常信息的话可以通过Task.WaitAll(taskList.ToArray())加上try{...}catch (AggregateException aex){...}这种方式去捕获该类型的异常。
PS：可以发现上面的这段代码在线程内部的地方加了一个异常捕获，工作中常规建议：多线程的委托里面不允许异常，包一层try-catch，然后记录下来异常信息，完成需要的操作。
注意：此处的线程停止也只能说是尽快停止，肯定有延迟，在判断环节才会结束。
三、多线程的临时变量问题
#region 多线程的临时变量问题 { //多线程的临时变量问题，线程是非阻塞的，延迟启动的；线程执行的时候，i已经是5了。 for (int i = 0; i < 5; i++) { Task.Run(() => { //此处i都是5 Console.WriteLine($"This is btnThreadCore_Click_{i} ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); }); } //k是闭包里面的变量，每次循环都有一个独立的k //5个k变量 1个i变量 for (int i = 0; i < 5; i++) { int k = i; Task.Run(() => { Console.WriteLine($"This is btnThreadCore_Click_{i}_{k} ThreadId={Thread.CurrentThread.ManagedThreadId.ToString("00")}"); }); } } #endregion 多线程的临时变量问题
运行结果如下：
四、线程安全和锁lock
线程安全：如果你的代码在进程中有多个线程同时运行这一段，如果每次运行的结果都跟单线程运行时的结果一致，那么就是线程安全的。
线程安全问题一般都是有全局变量/共享变量/静态变量/硬盘文件/数据库的值，只要是多线程都能访问和修改的就有可能是非线程安全。
非线程安全是因为多个线程相同操作，出现了覆盖，那要怎么解决？
方案1：使用lock解决多线程冲突（现在一般不推荐使用这个，会限制并发）
lock是语法糖，Monitor.Enter，占据一个引用，别的线程就只能等着。
推荐锁是private static readonly object lockObj = new object();
首先我们来看下lock的标准写法：
//字段 private static readonly object lockObj = new object(); private int iNumSync = 0; private int iNumAsync = 0; //非线程安全 private int iNumLockAsync = 0; private List<int> iListAsync = new List<int>();
{ for (int i = 0; i < 10000; i++) { this.iNumSync++; //单线程 } for (int i = 0; i < 10000; i++) { Task.Run(() => { this.iNumAsync++; //非线程安全 }); } for (int i = 0; i < 10000; i++) { Task.Run(() => { //lock的标准写法 //推荐锁是private static readonly object lockObj = new object(); lock (lockObj) //任意时刻只有一个线程能进入方法块，这不就变成了单线程，限制了并发 { this.iNumLockAsync++; } }); } for (int i = 0; i < 10000; i++) { int k = i; Task.Run(() => this.iListAsync.Add(k)); //非线程安全 } Thread.Sleep(5 * 1000); Console.WriteLine($"iNumSync={this.iNumSync} iNumAsync={this.iNumAsync} iNumLockAsync={iNumLockAsync} listNum={this.iListAsync.Count}"); //结果：iNumSync=1000 、 iNumAsync=1到1000之间 、 iNumLockAsync=1000 、 this.iListAsync.Count=1到1000之间 }
运行结果如下：
使用lock虽然可以解决线程安全问题，但是同时也限制了并发。
使用lock的注意点：
A 不能是lock(null)，可以编译但不能运行；
B 不推荐lock(this)，外面如果也要用实例，就冲突了；
C 不应该是lock(string字符串)，string在内存分配上是重用的，会冲突；
D lock里面的代码不要太多，这里是单线程的；
下面我们来看些例子：
为什么不推荐lock(this)？
public class Test { private int iDoTestNum = 0; private string name = "浪子天涯"; /// <summary> /// 锁this会和外部锁对象实例冲突 /// </summary> public void DoTest() { //递归调用，lock (this) 会不会死锁？ 正确答案是不会死锁！ //这里是同一个线程，这个引用就是被这个线程所占据。 lock (this) { Thread.Sleep(500); this.iDoTestNum++; if (this.iDoTestNum < 10) { Console.WriteLine($"This is {this.iDoTestNum}次 {DateTime.Now.Day}"); this.DoTest(); } else { Console.WriteLine("28号，课程结束！！"); } } } /// <summary> /// 此次锁字符串会和外部锁值相同的字符串冲突 /// 这是因为相同的字符串会被指向同一块引用，这就相当于锁同一个引用，即同一个锁 /// </summary> public void DoTestString() { //此次不会死锁 //这里是同一个线程，这个引用就是被这个线程所占据。 lock (this.name) { Thread.Sleep(500); this.iDoTestNum++; if (this.iDoTestNum < 10) { Console.WriteLine($"This is {this.iDoTestNum}次 {DateTime.Now.Day}"); this.DoTestString(); } else { Console.WriteLine("28号，课程结束！！"); } } } }
#region 线程安全和锁lock { //线程安全：如果你的代码在进程中有多个线程同时运行这一段，如果每次运行的结果都跟单线程运行时的结果一致，那么就是线程安全的。 //线程安全问题一般都是有全局变量/共享变量/静态变量/硬盘文件/数据库的值，只要是多线程都能访问和修改的就有可能是非线程安全。 //非线程安全是因为多个线程相同操作，出现了覆盖，那要怎么解决？ //1、使用lock解决多线程冲突 //lock是语法糖，Monitor.Enter，占据一个引用，别的线程就只能等着。 //推荐锁是private static readonly object lockObj = new object(); //A 不能是lock(null)，可以编译但不能运行； //B 不推荐lock(this)，外面如果也要用实例，就冲突了； //C 不应该是lock(string字符串)，string在内存分配上是重用的，会冲突； //D lock里面的代码不要太多，这里是单线程的； Test test = new Test(); Task.Delay(1000).ContinueWith(t => { lock (test) //和Test内部的lock(this)是同一个锁，故此次尽管是子线程也要排队等待 { Console.WriteLine("*********lock(this) Start*********"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("*********lock(this) End*********"); } }); test.DoTest(); } #endregion 线程安全和锁lock
运行结果如下：
仔细观察会发现Task子线程的任务会等到test.DoTest()的任务执行完后才会执行，这是为什么呢？
有些人可能就会有疑问了，此处锁this和锁test实例看上去应该是2把锁，互不影响才对啊，那为什么又会冲突呢？
实际上此处的this和test是同一个实例，那么锁的当然也是同一个引用，故相当于是同一把锁。
那又为什么不应该锁string字符串呢？
我们在上面的例子上做一些调整如下所示：
#region 线程安全和锁lock { //线程安全：如果你的代码在进程中有多个线程同时运行这一段，如果每次运行的结果都跟单线程运行时的结果一致，那么就是线程安全的。 //线程安全问题一般都是有全局变量/共享变量/静态变量/硬盘文件/数据库的值，只要是多线程都能访问和修改的就有可能是非线程安全。 //非线程安全是因为多个线程相同操作，出现了覆盖，那要怎么解决？ //1、使用lock解决多线程冲突 //lock是语法糖，Monitor.Enter，占据一个引用，别的线程就只能等着。 //推荐锁是private static readonly object lockObj = new object(); //A 不能是lock(null)，可以编译但不能运行； //B 不推荐lock(this)，外面如果也要用实例，就冲突了； //C 不应该是lock(string字符串)，string在内存分配上是重用的，会冲突； //D lock里面的代码不要太多，这里是单线程的； { // Test test = new Test(); // Task.Delay(1000).ContinueWith(t => // { // lock (test) //和Test内部的lock(this)是同一个锁，故此次尽管是子线程也要排队等待 // { // Console.WriteLine("*********lock(this) Start*********"); // Thread.Sleep(2000); // Console.WriteLine("*********lock(this) End*********"); // } // }); // test.DoTest(); } { Test test = new Test(); string student = "浪子天涯"; Task.Delay(1000).ContinueWith(t => { lock (student) { Console.WriteLine("*********lock(string) Start*********"); Thread.Sleep(2000); Console.WriteLine("*********lock(string) End*********"); } }); test.DoTestString(); } } #endregion 线程安全和锁lock
运行结果如下：
仔细观察会发现这和lock(this)的效果是一样的，那这又是为什么呢？
这是由于C#内存分配导致的，相同的字符串会被指向同一块引用空间，那么此处的锁this.name变量和锁student变量就相当于锁同一个引用，故相当于是同一把锁。
方案2：线程安全集合
使用System.Collections.Concurrent.ConcurrentQueue<int>等相关操作，System.Collections.Concurrent命名空间下的相关操作是线程安全的。
方案3：数据分拆，避免多线程操作同一个数据，又安全又高效（推荐）
在真实工作中遇到线程不安全的情况，如果有办法使用数据分拆来解决则推荐使用数据分拆，数据分拆无法解决的时候再考虑使用锁。
Demo源码：
链接：https://pan.baidu.com/s/1Eaet92HhGoK9sHjXhz_VsA 提取码：7st0
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