您能看出这个Double Check里的问题吗？（解答）
2009-09-02 17:16 by 老赵, 8341 visits问题请参考：您能看出这个Double Check里的问题吗？
已经很有很多朋友得到了结果，是由于m_categories过早初始化，而导致double check的验证条件被破坏（或者说，满足）。
private object m_mutex = new object(); private Dictionary<int, Category> m_categories; public Category GetCategory(int id) { if (this.m_categories == null) { lock (this.m_mutex) { if (this.m_categories == null) { LoadCategories(); } } } return this.m_categories[id]; } private void LoadCategories() { this.m_categories = new Dictionary<int,Category>(); this.Fill(GetCategoryRoots()); } private void Fill(IEnumerable<Category> categories) { foreach (var cat in categories) { this.m_categories.Add(cat.CategoryID, cat); Fill(cat.Children); } }
假设第一个线程进入了GetCategory方法，它自然可以畅通无阻地执行LoadCategories。只可惜，在LoadCategories方法的第一行就为m_categories设置了一个空字典。如果现在立即有另一个线程访问了GetCategory方法，就会发现m_categories字段不是null，并直接执行this.m_categories[id]这行代码——但此时，第一个线程还没有将这个字典填充完毕！
因此，这段代码其实是一个有问题的Double Check实现。那么我们该怎么改呢？
一位匿名朋友提出，可以增加一个标记，用来表示有没有初始化完毕。如下：
private bool m_initialized = false; public Category GetCategory(int id) { if (!this.m_initialized) { lock (this.m_mutex) { if (!this.m_initialized) { LoadCategories(); this.m_initialized = true; } } } return this.m_categories[id]; }
这是个非常漂亮的做法，完全没有问题。不过我并没有使用这种修改方式。
private void LoadCategories() { var categories = new Dictionary<int,Category>(); Fill(categories, GetCategoryRoots()); this.m_categories = categories; } private static void Fill(Dictionary<int, Category> container, IEnumerable<Category> categories) { foreach (var cat in categories) { container.Add(cat.CategoryID, cat); Fill(container, cat.Children); } }
我稍稍改变了一下Fill方法，它不再直接访问m_categories字段，而是把内容填充至container参数中。而在LoadCategories方法中，我们创建一个字典，但是直到填充完毕后才将其赋给m_categories字段。这样就保证了在m_categories字段不为null的时候，一定已经初始化完毕了。这也是一种可行的办法。我没有使用第一种做法的原因，并不是因为所谓的“节省空间”，而是……一下子就想到了第二种做法。:)
这里反映了Double Check在使用时的一个准则：在满足if条件的时候，一定要确保所有的初始化已经完成了。或者说，一定要将“满足if条件”的操作放在初始化完毕之后进行。至于是否使用某个标记，倒不是什么大问题。
如果您使用.NET编写代码，目前已经没有问题了，但是在某些情况下这样的代码还是会出现问题。我认为这也是多线程编程时最麻烦的地方——就是所谓的“Memory Consistency Model”。
为了性能考虑，编译器在将文本代码转化为机器码，以及CPU在执行机器码时都会对执行进行“重新排序（reorder）”，reorder的作用是为了提升性能。虽然从单线程的角度来看，reorder不会形成问题，但是在多线程的环境中，reorder就会破坏代码的逻辑了。如果没有一个“标准”在进行统一的话，不同的编译器，虚拟机，CPU架构都会有不同的reorder策略。例如微软并行库之父Joe Duffy在这篇文章中简单地提到了不同平台（JVM / CLR 2.0）或不同CPU架构（x86 / IA64）下reorder规则的区分。
而臭名昭著的Double Check的bug便是由于store reordering造成的。在JVM或普通的C、C++中并不保证store reordering不会发生。也就是说，您在代码中看到的两个变量的“设置”顺序，并不代表CPU在执行的时候，也是同样的效果。因此，如果你观察下面的代码：
class Foo {
private Helper helper = null;
public Helper getHelper() {
if (helper == null)
synchronized(this) {
if (helper == null)
helper = new Helper();
}
return helper;
}
}
看上去这是一段再正常不过的实现Double Check的Java代码，但是由于发生了store reordering，可能在Helper构造函数中的操作还没有全部执行完成之前，就设置了helper字段。因此另一个线程就可能会访问到一个没有初始化完整的Helper对象。如果您对这个话题感兴趣，可以参考《The "Double-Checked Locking is Broken" Declaration》。
而在CLR 2.0中，只会发生load reordering，而不会出现store reordering。于是.NET中编写的Double Check代码不会出现任何问题。那么CLR是如何保证在不同的CPU平台上出现相同的行为呢？那是因为CLR会根据不同的平台，在合适的情况下插入一些辅助代码（如Memory Barrier），可见CLR为我们的并行编程环境已经形成了一个相对比较方便的平台了——虽然，并行编程还是很困难。
（似乎关于Memory Model的有些说法不太确切，随时更新，希望了解这些的朋友们也可以提点意见，我晚上回家后再查些资料）
第一个阅读，第一个留言，第一个寂寞