匿名方法

　　匿名方法是.NET 2.0中引入的高級(jí)特性，“匿名”二字說(shuō)明它可以把實(shí)現(xiàn)內(nèi)聯(lián)地寫(xiě)在一個(gè)方法中，從而形成一個(gè)委托對(duì)象，而不用有明確地方法名，例如：

static void Test(){    Action<string> action = delegate(string value)    {        Console.WriteLine(value);    };    action("Hello World");}

　　但是匿名方法的關(guān)鍵并不僅于“匿名”二字。其最強(qiáng)大的特性就在于匿名方法形成了一個(gè)閉包，它可以作為參數(shù)傳遞到另一個(gè)方法中去，但同時(shí)也能訪問(wèn)方法的局部變量和當(dāng)前類(lèi)中的其它成員。例如：

class TestClass{    private void Print(string message)    {        Console.WriteLine(message);    }    public void Test()    {        string[] messages = new string[] { "Hello", "World" };        int index = 0;        Action<string> action = (m) =>        {            this.Print((index++) + ". " + m);        };        Array.ForEach(messages, action);        Console.WriteLine("index = " + index);    }}

　　如上所示，在TestClass的Test方法中，action委托調(diào)用了同在TestClass類(lèi)中的私有方法Print，并對(duì)Test方法中的局部變量index進(jìn)行了讀寫(xiě)。在加上C# 3.0中Lambda表達(dá)式的新特性，匿名方法的使用得到了極大的推廣。不過(guò)，如果使用不當(dāng)，匿名方法也容易造成難以發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題。

問(wèn)題案例

　　某位兄弟最近在一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)導(dǎo)入程序，主要工作是從文本文件中讀取數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析和重組，然后寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。其邏輯大致如下：

static void Process(){    List<Item> batchItems = new List<Item>();    foreach (var item in ...)    {        batchItems.Add(item);        if (batchItems.Count > 1000)        {            DataContext db = new DataContext();            db.Items.InsertAllOnSubmit(batchItems);            db.SubmitChanges();            batchItems = new List<Item>();        }    }}

　　每次從數(shù)據(jù)源中讀取數(shù)據(jù)后，添加到batchItems列表中，當(dāng)batchItems滿1000條時(shí)便進(jìn)行一次提交。這段代碼功能運(yùn)行正常，可惜時(shí)間卡在了數(shù)據(jù)庫(kù)提交上。數(shù)據(jù)的獲取和處理很快，但是提交一次就要花較長(zhǎng)時(shí)間。于是想想，數(shù)據(jù)提交和數(shù)據(jù)處理不會(huì)有資源上的沖突，那么就把數(shù)據(jù)提交放在另外一個(gè)線程上進(jìn)行處理吧！于是，使用ThreadPool來(lái)改寫(xiě)代碼：

static void Process(){     List<Item> batchItems = new List<Item>();    foreach (var item in ...)    {        batchItems.Add(item);        if (batchItems.Count > 1000)        {            ThreadPool.QueueUserWorkItem((o) =>            {                DataContext db = new DataContext();                db.Items.InsertAllOnSubmit(batchItems);                db.SubmitChanges();            });                                batchItems = new List<Item>();        }    }}

　　現(xiàn)在，我們將數(shù)據(jù)提交操作交給ThreadPoll執(zhí)行，當(dāng)線程池中有額外線程時(shí)，就會(huì)發(fā)起數(shù)據(jù)提交操作。而數(shù)據(jù)提交操作不會(huì)阻塞數(shù)據(jù)處理，因此按照那位兄弟的意圖，數(shù)據(jù)會(huì)不斷進(jìn)行處理，最后只要等待所有數(shù)據(jù)庫(kù)提交完成就可以了。思路很好，可惜運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，原本（不利用多線程時(shí)）運(yùn)行正常的代碼，如今會(huì)“莫名其妙”地拋出異常。更為奇怪的是，數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)出現(xiàn)了丟失的情況：處理了并“提交”了一百萬(wàn)條數(shù)據(jù)，但是數(shù)據(jù)庫(kù)里卻少了一部分。于是對(duì)著代碼左看右看，百思不得其解。

　　您看出問(wèn)題原因來(lái)了嗎？

分析原因

　　要發(fā)現(xiàn)問(wèn)題所在，我們必須了解匿名方法在.NET環(huán)境中的實(shí)現(xiàn)方式。

　　.NET中本沒(méi)有什么“匿名方法”，也沒(méi)有類(lèi)似的新特性。“匿名方法”完全是由編譯器施展的魔法，它會(huì)將匿名方法中需要訪問(wèn)的所有成員一起包含在閉包中，確保所有的成員調(diào)用都符合.NET標(biāo)準(zhǔn)。例如在文章第一節(jié)中的第2個(gè)示例，實(shí)際上由編譯器處理之后就變成了如下的樣子（自然字段名經(jīng)過(guò)“友好化”處理）：

class TestClass{    ...    private sealed class AutoGeneratedHelperClass    {        public TestClass m_testClassInstance;        public int m_index;        public void Action(string m)        {            this.m_index++;            this.m_testClassInstance.Print(m);        }    }    public void TestAfterCompiled()    {        AutoGeneratedHelperClass helper = new AutoGeneratedHelperClass();        helper.m_testClassInstance = this;        helper.m_index = 0;        string[] messages = new string[] { "Hello", "World" };        Action<string> action = new Action<string>(helper.Action);        Array.ForEach(messages, action);        Console.WriteLine(helper.m_index);    }}

　　由此就可以看出編譯器是如何實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉包的：

• 編譯器自動(dòng)生成一個(gè)私有的內(nèi)部輔助類(lèi)，并將其設(shè)為sealed，這個(gè)類(lèi)的實(shí)例將成為一個(gè)閉包對(duì)象。
• 如果匿名方法需要訪問(wèn)方法的參數(shù)或局部變量，那么該參數(shù)或局部變量將“升級(jí)”成為輔助類(lèi)中的公有Field字段。
• 如果匿名方法需要訪問(wèn)類(lèi)中的其它方法，那么輔助類(lèi)中將保存類(lèi)的當(dāng)前實(shí)例。

　　值得一提的是，在實(shí)際情況下以上三點(diǎn)理論都皆可能不滿足。在某些特別簡(jiǎn)單的情況下（例如匿名方法中完全不涉及局部變量和其他方法），編譯器只會(huì)簡(jiǎn)單生成一個(gè)靜態(tài)的方法來(lái)構(gòu)造一個(gè)委托實(shí)例，因?yàn)檫@樣可以獲得更好的性能。

　　對(duì)于之前的案例，我們現(xiàn)在也將它進(jìn)行一番改寫(xiě)，這樣便可“避免”使用匿名對(duì)象，也可以清楚地展現(xiàn)出問(wèn)題原因：

private class AutoGeneratedClass{    public List<Item> m_batchItems;    public void WaitCallback(object o)    {        DataContext db = new DataContext();        db.Items.InsertAllOnSubmit(this.m_batchItems);        db.SubmitChanges();    }}static void Process(){     var helper = new AutoGeneratedClass();    helper.m_batchItems = new List<Item>();    foreach (var item in ...)    {        helper.m_batchItems.Add(item);        if (helper.m_batchItems.Count > 1000)        {            ThreadPool.QueueUserWorkItem(helper.WaitCallback);            helper.m_batchItems = new List<Item>();        }    }}

　　編譯器會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)AutoGeneratedClass類(lèi)，并且在Process方法中使用這個(gè)類(lèi)的實(shí)例來(lái)代替原來(lái)的batchItems局部變量。同樣，交給ThreadPool的委托對(duì)象也從匿名方法變成了AutoGeneratedClass實(shí)例的公有方法。因此線程池每次調(diào)用的便是該實(shí)例的WaitCallback方法。

　　現(xiàn)在問(wèn)題應(yīng)該一目了然了吧？每次把委托交給線程池之后，線程池并不會(huì)立即執(zhí)行，而會(huì)保留到合適的時(shí)間再進(jìn)行。而WaitCallback方法在執(zhí)行時(shí)，它會(huì)讀取m_batchItems這個(gè)Field字段“當(dāng)前”所引用的對(duì)象。而與此同時(shí)，Process方法已經(jīng)“拋棄”了原本我們要提交的數(shù)據(jù)，因此會(huì)引起提交到數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的丟失。同時(shí)，在準(zhǔn)備每批次數(shù)據(jù)的過(guò)程中，很有可能會(huì)發(fā)起兩次數(shù)據(jù)提交，兩個(gè)線程提交同樣一批Item時(shí)，就拋出了所謂“莫名其妙”的異常。

解決問(wèn)題

　　找到了問(wèn)題所在，解決起來(lái)自然輕而易舉：

private class WrapperClass{    private List<Item> m_items;    public WrapperClass(List<Item> items)    {        this.m_items = items;    }    public void WaitCallback(object o)    {        DataContext db = new DataContext();        db.Items.InsertAllOnSubmit(this.m_items);        db.SubmitChanges();    }}static void Process(){    List<Item> batchItems = new List<Item>();    foreach (var item in ...)    {        batchItems.Add(item);        if (batchItems.Count > 1000)        {            ThreadPool.QueueUserWorkItem(                new WrapperClass(batchItems).WaitCallback);            batchItems = new List<Item>();        }    }}

　　這里我們明確地準(zhǔn)備一個(gè)封裝類(lèi)，用它來(lái)保留我們需要提交的數(shù)據(jù)。而每次提交時(shí)則使用保留好的數(shù)據(jù)，自然不會(huì)發(fā)生不該有的“數(shù)據(jù)共享”，從而避免了錯(cuò)誤的發(fā)生¹。

總結(jié)

　　匿名方法是強(qiáng)大的，但是也會(huì)造成一些令人難以察覺(jué)的陷阱。對(duì)于使用匿名方法創(chuàng)建的委托，如果不會(huì)立即同步執(zhí)行，并且其中使用了方法的局部變量，那么您就需要對(duì)其留個(gè)心眼了。因?yàn)榇藭r(shí)“局部變量”事實(shí)上已經(jīng)由編譯器轉(zhuǎn)變成一個(gè)自動(dòng)類(lèi)的實(shí)例上的Field字段，而這個(gè)字段將被當(dāng)前方法和委托對(duì)象共享。如果您在創(chuàng)建了委托對(duì)象之后還會(huì)修改共享的“局部變量”，那么請(qǐng)?jiān)偃_認(rèn)這樣做符合您的意圖，而不會(huì)造成問(wèn)題。

　　此類(lèi)問(wèn)題也不光會(huì)出現(xiàn)在匿名方法中。如果您使用Lambda表達(dá)式創(chuàng)建了一個(gè)表達(dá)式樹(shù)，其中也用到了一個(gè)“局部變量”，那么表達(dá)式樹(shù)在解析或執(zhí)行時(shí)同樣也會(huì)獲取“當(dāng)前”的值，而不是創(chuàng)建表達(dá)式樹(shù)時(shí)的值。

　　這也是為什么Java中的內(nèi)聯(lián)寫(xiě)法——匿名類(lèi)——如果要共享方法內(nèi)的“局部變量”，則必須將變量使用final關(guān)鍵字來(lái)修飾：這樣這個(gè)變量只能在聲明時(shí)賦值，避免了后續(xù)的“修改”可能會(huì)造成的“古怪問(wèn)題”。

注1：一個(gè)更簡(jiǎn)潔的解決方案可以參考29樓overred兄弟的回復(fù)。

NET技術(shù)：警惕匿名方法造成的變量共享，轉(zhuǎn)載需保留來(lái)源！

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