Question

我正在研究.NET TPL＆＃34; Dataflow＆＃34;的某些部分的实现。库出于好奇，我遇到了以下片段：

    private void GetHeadTailPositions(out Segment head, out Segment tail,
        out int headLow, out int tailHigh)
    {
        head = _head;
        tail = _tail;
        headLow = head.Low;
        tailHigh = tail.High;
        SpinWait spin = new SpinWait();

        //we loop until the observed values are stable and sensible.  
        //This ensures that any update order by other methods can be tolerated.
        while (
            //if head and tail changed, retry
            head != _head || tail != _tail
            //if low and high pointers, retry
            || headLow != head.Low || tailHigh != tail.High
            //if head jumps ahead of tail because of concurrent grow and dequeue, retry
            || head._index > tail._index)
        {
            spin.SpinOnce();
            head = _head;
            tail = _tail;
            headLow = head.Low;
            tailHigh = tail.High;
        }
    }

（可在此处查看：https://github.com/dotnet/corefx/blob/master/src/System.Threading.Tasks.Dataflow/src/Internal/ConcurrentQueue.cs#L345）

根据我对线程安全的理解，此操作容易发生数据竞争。我将解释我的理解，然后我认为是“错误”。当然，我认为我的心理模型中的错误更可能是图书馆中的错误，我希望有人能指出我出错的地方。

...

所有给定字段（head，tail，head.Low和tail.High）都是易变的。根据我的理解，这给出了两个保证：

每次读取所有四个字段时，必须按顺序阅读
编译器可能不会忽略任何读取，并且CLR / JIT必须采取措施来防止“缓存”。值

根据我读到的给定方法，会发生以下情况：

执行ConcurrentQueue的内部状态的初始读取（即head，tail，head.Low和tail.High）。
执行单个忙等待旋转
然后，该方法再次读取内部状态并检查是否有任何更改
如果状态已更改，请转到步骤2，然后重复
一旦认为“稳定”

现在假设这一切都是正确的，我的问题＆＃34;因此：上述状态的读取不是原子的。我没有看到任何阻止读取半写状态的内容（例如，作者线程已更新head但尚未tail。）

现在我有点意识到，在这样的缓冲区中半写状态不是世界末日 - 在所有head和tail指针完全正常之后独立更新/读取，通常在CAS /旋转循环中。

然而，我并没有真正看到旋转一次然后重读的重点。你是否真的要抓住＆＃39;在进行单次旋转所需的时间内进行了改变？它试图保护什么＆＃39;反对？换句话说：如果整个状态读取都是原子的，我不认为该方法可以做任何事情来帮助它，如果不是，该方法究竟做了什么？

Answer 1

您是对的，但请注意，GetHeadTailPositions中的输出值稍后会用作ToList，Count和GetEnumerator中的快照。

更令人担忧的是并发队列might hold on to values indefinitely。当私有字段ConcurrentQueue<T>._numSnapshotTakers不为零时，它会阻止对条目进行归零或将其设置为值类型的默认值。

Stephen Toub在ConcurrentQueue<T> holding on to a few dequeued elements中发表了关于此事的博客：

无论好坏，.NET 4中的这种行为实际上是“按设计”。其原因与枚举语义有关。 ConcurrentQueue＆LT; T＆GT;为枚举提供“快照语义”，意味着您开始枚举的瞬间，ConcurrentQueue＆lt; T＆gt;捕获队列中当前所有内容的当前头部和尾部，即使这些元素在捕获后出列，或者如果新元素在捕获后排队，枚举仍将返回全部且仅返回当时队列中的内容枚举开始了。如果细分中的元素在出列时被删除，那将影响这些枚举的准确性。

对于.NET 4.5，我们改变了设计，以达到我们认为的良好平衡。除非出现并发枚举，否则现在将出列的元素排除，除非发生并发枚举，在这种情况下，元素不会被清除，并且会显示与.NET 4中相同的行为。因此，如果您从不枚举ConcurrentQueue＆lt; T＆gt;，则队列将导致队列立即丢弃其对出队元素的引用。只有当发出出队时，有人恰好在列举队列（即在队列中调用了GetEnumerator并且没有遍历整个枚举器或者已经处理掉它），否则不会发生无效;与.NET 4一样，此时引用将保留，直到删除包含的段。

从源代码中可以看到，获取一个枚举器（通过通用GetEnumerator<T>或非通用GetEnumerator），调用ToList（或ToArray使用ToList）或TryPeek可能会导致在删除项目后仍保留引用。不可否认，TryDequeue（称为ConcurrentQueue<T>.Segment.TryRemove）和TryPeek之间的竞争条件可能很难激起，但它就在那里。

.NET TPL数据流源中的线程安全

1 个答案: