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c# 什么是竞争条件 c#如何避免Race Condition

煙雲

煙雲

发布时间:2026-01-16 12:10:03

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来源于php中文网

原创

竞争条件在C#中必然发生,因++等操作非原子;应使用lock(配私有静态readonly对象)或Interlocked等专用方案,禁用lock(new object())及异步锁。

c# 什么是竞争条件 c#如何避免race condition

竞争条件(Race Condition)在 C# 中不是“会不会发生”的问题,而是“只要没同步,就一定会发生”的现实——尤其当你用 ++--+= 等非原子操作读写同一个变量,且该变量被多个线程共享时。

为什么 counter++ 会出错?

它看起来是一行代码,实际是三步:读取 → 修改 → 写回。两个线程可能同时读到 counter == 5,各自加 1 后都写回 6,结果本该是 7 却仍是 6。这不是偶发 bug,是必然逻辑漏洞。

  • 典型错误场景:多线程计数器、缓存更新、串口/文件句柄复用、共享配置对象修改
  • 现象:最终值总比预期小(累加类)、数据重复或丢失(集合 Add 类)、偶尔抛 InvalidOperationException(如非线程安全集合被并发修改)
  • 注意:int 读写本身是原子的(x64/x86 下对齐 4 字节变量),但 counter++ 不是;long 在 32 位环境甚至读写都不原子

最常用且推荐的解决方式:用 lock 保护临界区

这是绝大多数场景下最直观、最可控、最容易审计的方案。关键不是“加锁”,而是“锁得对”——锁对象必须是私有、静态、不可变的引用类型实例。

private static readonly object _lockObj = new object();
private static int _counter = 0;

// 正确:每次访问都走同一把锁 public static void Increment() { lock (_lockObj) { _counter++; } }

  • ❌ 错误示范:lock(new object())(每次新建对象,完全不互斥)、lock(this)lock(typeof(MyClass))(外部可访问,破坏封装)
  • ✅ 好习惯:用 readonly + static 确保锁对象唯一且不可重赋值
  • ⚠️ 注意:锁内避免调用未知外部方法(可能阻塞或引发死锁),也别做耗时 I/O 操作

更轻量或更专用的替代方案

不是所有场景都需要 lock。根据需求选更匹配的工具,能减少开销或提升可读性:

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  • 纯数值增减 → 用 Interlocked.Increment(ref _counter)无锁、原子、零等待,但仅支持简单整数运算
  • 需要跨进程同步(如多个 .NET 进程共用一个配置文件)→ 用 Mutex:系统级,性能低,但必要时不可替代
  • 限制并发访问数(如最多 3 个线程同时调用 API)→ 用 SemaphoreSlim(3):比 lock 更灵活,支持异步等待 WaitAsync()
  • 共享集合(队列/字典/)→ 直接用 ConcurrentQueueConcurrentDictionary:内部已优化,不用自己加锁

最容易被忽略的坑:异步 + 锁 = 危险组合

lock 是同步原语,不能跨 await 边界。下面这段代码会编译通过,但运行时锁失效:

public async Task BadExample()
{
    lock (_lockObj) // ❌ 锁在 await 前就释放了!
    {
        await Task.Delay(100);
        _counter++;
    }
}
  • 正确做法:要么把异步操作移出锁外(如果逻辑允许),要么改用 SemaphoreSlim.WaitAsync()(它支持 await)
  • 更隐蔽的坑:在 async void 方法里加锁,异常可能逃逸导致锁未释放 —— 永远优先用 async Task
  • 调试提示:若发现“有时正常、有时错”,且涉及 await 和共享状态,先检查是否误用了同步锁

真正难的从来不是“知道要用锁”,而是判断“哪里是临界区”“锁的粒度是否合理”“有没有隐藏的跨线程共享”。哪怕只有一处漏掉同步,整个多线程逻辑就不可信。

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