C# 如何在.NET中编写安全/正确的多线程代码？

今天我不得不修复一些旧的VB.NET 1.0代码，它使用线程。问题在于从工作线程而不是UI线程更新UI元素。我花了一些时间才发现，我可以使用带有invokererequired的断言来发现问题

除了上面提到的并发修改问题外，还可能遇到死锁、竞争条件等问题由于调试/修复线程问题是一件痛苦的事情，我想知道如何减少这方面的编码错误/错误，以及如何更容易地找到它们。因此，我想要的是：

• 在编写多线程代码时，有什么好的模式可以遵循吗？应该做什么和不应该做什么？
• 您使用什么技术来调试线程问题？

如果适用和可能，请提供一些示例代码。答案应该与.NET framework（任何版本）相关。

这可能是一个庞大的列表-请阅读Joe Duffy的“优秀”以了解更多详细信息。这简直是一场脑力崩溃

• 当您拥有锁时，尽量避免调用大量代码
• 避免锁定类外的代码也可能锁定的引用
• 如果一次需要获取多个锁，请始终以相同的顺序获取这些锁
• 在合理的情况下，使用不可变类型-它们可以在线程之间自由共享
• 除了不可变类型之外，尽量避免在线程之间共享数据
• 避免尝试使您的类型线程安全；大多数类型不需要是，通常需要共享数据的代码需要控制锁定本身
• 在WinForms应用程序中：
  • 不要在UI线程上执行任何长时间运行或阻塞操作
  • 不要从UI线程以外的任何线程触摸UI。（使用BackgroundWorker、Control.Invoke/BeginInvoke）
• 尽可能避免线程局部变量（又称线程静态）-它们可能导致意外行为，特别是在ASP.NET上，不同的线程可能提供请求（搜索“线程敏捷性”和ASP.NET）
• 别装聪明。无锁并发代码很难得到正确的结果
• 记录类型的线程模型（和线程安全性）
• Monitor.Wait几乎应该总是与某种检查结合使用，在while循环中（即while（我不能继续）Monitor.Wait（Monitor））
• 每次使用Monitor.Pulse和Monitor.Pulse时，请仔细考虑两者之间的差异
• 插入线程。睡眠使问题消失永远不是真正的解决办法
• 将“并行扩展”和“协调和并发运行时”视为简化并发的方法。并行扩展将成为.NET4.0的一部分

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在调试方面，我没有太多的建议。使用Thread.Sleep来增加看到比赛状态和死锁的机会是可行的，但是在你知道应该把它放在哪里之前，你必须对错误有一个合理的理解。日志记录非常方便，但是不要忘记代码进入了一种量子状态——通过日志记录观察它几乎必然会改变它的行为

我不确定这对您正在使用的特定应用程序有多大帮助，但这里有两种从函数式编程中借来的编写多线程代码的方法：

不可变对象

如果需要在线程之间共享状态，则状态应该是不可变的。如果一个线程需要对对象进行更改，它将使用更改创建对象的全新版本，而不是改变对象的状态

不变性并不固有地限制您可以编写的代码类型，也不是低效的。有许多不可变堆栈的实现，各种构成映射和集合基础的不可变树，以及其他类型的不可变数据结构，许多（如果不是全部的话）不可变数据结构与它们的可变对应结构一样高效

由于对象是不可变的，所以一个线程不可能在您的鼻子下改变共享状态。这意味着您不需要获取锁来编写多线程代码。这种方法消除了与死锁、活锁和竞争条件相关的一系列错误

Erlang风格的消息传递

您不需要学习该语言，但可以看看Erlang，看看它是如何实现并发的。Erlang应用程序可以无限扩展，因为每个进程都与其他进程完全分离（注意：这些进程并不完全是进程，但也不完全是线程）

进程启动并简单地旋转一个循环等待消息：消息以元组的形式接收，然后进程可以对元组进行模式匹配，以查看消息是否有意义。进程可以发送其他消息，但它们与接收消息的人无关

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这种风格的优点是消除了锁，当一个进程失败时，它不会关闭整个应用程序。下面是对Erlang风格并发性的一个很好的总结：

以下是编写高质量（易于阅读和理解）多线程代码的步骤：

看看杰弗里·里克特写的

观看视频-感到惊讶

阅读《并发事件》的文章，花些时间来更深入地了解到底发生了什么

开始编写健壮、安全的多线程应用程序

意识到事情还没那么简单，犯一些错误并从中吸取教训…重复…重复…重复：-）

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使用先进先出。很多。这是硬件程序员的古老秘密，它不止一次拯救了我的生命。

似乎没有人回答如何调试多线程程序的问题。

public const int MaxMessages = 0x100;
string[] messages = new string[MaxMessages];
int messagesIndex = -1;

public void Trace(string message) {
  int thisIndex = Interlocked.Increment(ref messagesIndex);
  messages[thisIndex] = message;
}