终结器在其对象仍在使用时启动

本文关键字:启动 对象 | 更新日期: 2023-09-27 17:47:20

摘要:C#/.NET应该是垃圾回收。C# 有一个析构函数,用于清理资源。当对象 A 被垃圾回收与我尝试克隆其变量成员之一的同一行时会发生什么?显然,在多处理器上,有时垃圾收集器会获胜......

问题所在

今天,在一次关于 C# 的培训课程中,老师向我们展示了一些代码,这些代码只有在多处理器上运行时才会包含错误。

我总结一下,有时编译器或 JIT 会在从其调用方法返回之前调用 C# 类对象的终结器来搞砸。

Visual C++ 2005 文档中给出的完整代码将作为"答案"发布,以避免提出非常非常大的问题,但基本内容如下:

下面的类有一个"Hash"属性,它将返回内部数组的克隆副本。在构造时,数组的第一项的值为 2。在析构函数中,其值设置为零。

关键是:如果你尝试获取"Example"的"Hash"属性,你将得到数组的干净副本,其第一项仍然是2,因为对象正在使用(因此,没有被垃圾回收/最终确定):

public class Example
{
    private int nValue;
    public int N { get { return nValue; } }
    // The Hash property is slower because it clones an array. When
    // KeepAlive is not used, the finalizer sometimes runs before 
    // the Hash property value is read.
    private byte[] hashValue;
    public byte[] Hash { get { return (byte[])hashValue.Clone(); } }
    public Example()
    {
        nValue = 2;
        hashValue = new byte[20];
        hashValue[0] = 2;
    }
    ~Example()
    {
        nValue = 0;
        if (hashValue != null)
        {
            Array.Clear(hashValue, 0, hashValue.Length);
        }
    }
}

但没有什么是那么简单...使用此类的代码在线程内摇摆不定,当然,对于测试,该应用程序是高度多线程的:

public static void Main(string[] args)
{
    Thread t = new Thread(new ThreadStart(ThreadProc));
    t.Start();
    t.Join();
}
private static void ThreadProc()
{
    // running is a boolean which is always true until
    // the user press ENTER
    while (running) DoWork();
}

DoWork 静态方法是出现问题的代码:

private static void DoWork()
{
    Example ex = new Example();
    byte[] res = ex.Hash; // [1]
    // If the finalizer runs before the call to the Hash 
    // property completes, the hashValue array might be
    // cleared before the property value is read. The 
    // following test detects that.
    if (res[0] != 2)
    {
        // Oops... The finalizer of ex was launched before
        // the Hash method/property completed
    }
}

显然,每 1,000,000 次 DoWork 执行一次,垃圾收集器就会施展它的魔力,并试图回收"ex",因为它不再在函数的 remning 代码中被引用,这一次,它比"Hash"get 方法更快。因此,我们最终得到的是一个零字节数组的克隆,而不是正确的一个(第 1 项位于 2)。

我的猜测是代码的内联,它基本上将DoWork函数中标记为[1]的行替换为以下内容:

    // Supposed inlined processing
    byte[] res2 = ex.Hash2;
    // note that after this line, "ex" could be garbage collected,
    // but not res2
    byte[] res = (byte[])res2.Clone();

如果我们认为 Hash2 是一个简单的访问器,编码如下:

// Hash2 code:
public byte[] Hash2 { get { return (byte[])hashValue; } }

所以,问题是:这是否应该在 C#/.NET 中以这种方式工作,或者这可以被视为 JIT 编译器的错误?

编辑

请参阅Chris Brumme和Chris Lyons的博客以获取解释。


http://blogs.msdn.com/cbrumme/archive/2003/04/19/51365.aspxhttp://blogs.msdn.com/clyon/archive/2004/09/21/232445.aspx

每个人的回答都很有趣,但我无法选择一个比另一个更好。所以我给了你们+1...

不好意思

:-)

编辑 2

我无法在 Linux/Ubuntu/Mono 上重现该问题,尽管在相同的条件下使用相同的代码(多个相同的可执行文件同时运行、发布模式等)。

终结器在其对象仍在使用时启动

这只是代码中的一个错误:终结器不应访问托管对象。

实现终结器的唯一原因是释放非托管资源。 在这种情况下,您应该仔细实现标准 IDisposable 模式。

使用此模式,您可以实现受保护的方法"受保护的处置(布尔处置)"。 从终结器调用此方法时,它会清理非托管资源,但不尝试清理托管资源。

在您的示例中,您没有任何非托管资源,因此不应实现终结器。

你所看到的是完全自然的。

您不保留对拥有字节数组的对象的引用,因此该对象(而不是字节数组)实际上可供垃圾回收器收集。

垃圾收集器真的可以那么咄咄逼人。

因此,如果在对象上调用一个方法,该方法返回对内部数据结构的引用,并且对象的终结器弄乱了该数据结构,则还需要保留对该对象的实时引用。

垃圾回收器看到该方法不再使用 ex 变量,因此它可以,并且正如您注意到的那样,将在适当的情况下(即时间和需要)对其进行垃圾回收。

执行此操作的正确方法是调用 GC。在 ex 上保持活力,因此将这行代码添加到方法的底部,一切都应该很好:

GC.KeepAlive(ex);

我通过阅读Jeffrey Richter的《Applied .NET Framework Programming》一书了解到这种攻击性行为。

看起来像是工作线程和GC线程之间的竞争条件;为了避免这种情况,我认为有两种选择:

(1) 将 if 语句更改为使用 ex。哈希[0] 而不是 res,这样 ex 就不能过早地被 GC'd,或者

(2) 在调用哈希期间锁定 ex

这是一个非常精彩的例子 - 老师的观点是 JIT 编译器中可能存在仅在多核系统上出现的错误,或者这种编码可能会与垃圾收集产生微妙的竞争条件?

我认为您看到的是合理的行为,因为事情在多个线程上运行。这就是GC的原因。KeepAlive() 方法,在这种情况下应该使用它来告诉 GC 该对象仍在使用中,并且它不是清理的候选对象。

查看"完整代码"响应中的 DoWork 函数,问题是紧跟在这行代码之后:

byte[] res = ex.Hash;

该函数不再对 ex 对象进行任何引用,因此此时它符合垃圾回收的条件。将调用添加到 GC。KeepAlive可以防止这种情况发生。

是的,这是以前出现过的问题。

更有趣的是,您需要运行发布才能发生这种情况,而您最终会脑袋碎裂:"咦,这怎么可能是空的?

Chris Brumme博客的有趣评论

http://blogs.msdn.com/cbrumme/archive/2003/04/19/51365.aspx

class C {<br>
   IntPtr _handle;
   Static void OperateOnHandle(IntPtr h) { ... }
   void m() {
      OperateOnHandle(_handle);
      ...
   }
   ...
}
class Other {
   void work() {
      if (something) {
         C aC = new C();
         aC.m();
         ...  // most guess here
      } else {
         ...
      }
   }
}

所以我们不能说"aC"在上面的代码中会存在多久。 JIT 可能会在 Other.work() 完成之前报告引用。 它可能会将 Other.work() 内联到其他方法中,并报告 aC 的时间更长。 即使您在使用后添加了"aC = null;",JIT 也可以自由地将此赋值视为死代码并消除它。 无论 JIT 何时停止报告引用,GC 在一段时间内都可能无法收集它。

担心最早可以收集 aC 的点更有趣。 如果你像大多数人一样,你会猜到aC最快有资格收集是在 Other.work()的"if"子句的右括号处,我在其中添加了注释。 事实上,IL 中不存在牙套。 它们是您和您的语言编译器之间的语法契约。 Other.work() 在发起对 aC.m() 的调用后,可以立即停止报告 aC。

对于

在您的 do 工作方法中调用终结器来说,这是完全正确的,就像在前任。哈希调用,CLR 知道不再需要 ex 实例...

现在,如果要使实例保持活动状态,请执行以下操作:

private static void DoWork()
{
    Example ex = new Example();
    byte[] res = ex.Hash; // [1]
    // If the finalizer runs before the call to the Hash 
    // property completes, the hashValue array might be
    // cleared before the property value is read. The 
    // following test detects that.
    if (res[0] != 2) // NOTE
    {
        // Oops... The finalizer of ex was launched before
        // the Hash method/property completed
    }
  GC.KeepAlive(ex); // keep our instance alive in case we need it.. uh.. we don't
}

气相色谱。保持活力确实...没有:)这是一个空的不可内联的/jittable方法,其唯一目的是欺骗GC认为在此之后将使用对象。

警告:如果 DoWork 方法是托管C++方法,您的示例完全有效...如果不希望从另一个线程中调用析构函数,则必须手动使托管实例手动保持活动状态。即。将引用传递给一个托管对象,该对象将在最终确定时删除非托管内存的 Blob,并且该方法使用相同的 Blob。如果您不使实例保持活动状态,则 GC 和方法的线程之间将出现争用条件。

这最终会流泪。并管理堆损坏...

完整代码

您将在下面找到从 Visual C++ 2008 .cs 文件复制/粘贴的完整代码。由于我现在使用的是Linux,并且没有任何Mono编译器或有关其使用的知识,因此我现在无法进行测试。不过,几个小时前,我看到这段代码工作及其错误:

using System;
using System.Threading;
public class Example
{
    private int nValue;
    public int N { get { return nValue; } }
    // The Hash property is slower because it clones an array. When
    // KeepAlive is not used, the finalizer sometimes runs before 
    // the Hash property value is read.
    private byte[] hashValue;
    public byte[] Hash { get { return (byte[])hashValue.Clone(); } }
    public byte[] Hash2 { get { return (byte[])hashValue; } }
    public int returnNothing() { return 25; }
    public Example()
    {
        nValue = 2;
        hashValue = new byte[20];
        hashValue[0] = 2;
    }
    ~Example()
    {
        nValue = 0;
        if (hashValue != null)
        {
            Array.Clear(hashValue, 0, hashValue.Length);
        }
    }
}
public class Test
{
    private static int totalCount = 0;
    private static int finalizerFirstCount = 0;
    // This variable controls the thread that runs the demo.
    private static bool running = true;
    // In order to demonstrate the finalizer running first, the
    // DoWork method must create an Example object and invoke its
    // Hash property. If there are no other calls to members of
    // the Example object in DoWork, garbage collection reclaims
    // the Example object aggressively. Sometimes this means that
    // the finalizer runs before the call to the Hash property
    // completes. 
    private static void DoWork()
    {
        totalCount++;
        // Create an Example object and save the value of the 
        // Hash property. There are no more calls to members of 
        // the object in the DoWork method, so it is available
        // for aggressive garbage collection.
        Example ex = new Example();
        // Normal processing
        byte[] res = ex.Hash;
        // Supposed inlined processing
        //byte[] res2 = ex.Hash2;
        //byte[] res = (byte[])res2.Clone();
        // successful try to keep reference alive
        //ex.returnNothing();
        // Failed try to keep reference alive
        //ex = null;
        // If the finalizer runs before the call to the Hash 
        // property completes, the hashValue array might be
        // cleared before the property value is read. The 
        // following test detects that.
        if (res[0] != 2)
        {
            finalizerFirstCount++;
            Console.WriteLine("The finalizer ran first at {0} iterations.", totalCount);
        }
        //GC.KeepAlive(ex);
    }
    public static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("Test:");
        // Create a thread to run the test.
        Thread t = new Thread(new ThreadStart(ThreadProc));
        t.Start();
        // The thread runs until Enter is pressed.
        Console.WriteLine("Press Enter to stop the program.");
        Console.ReadLine();
        running = false;
        // Wait for the thread to end.
        t.Join();
        Console.WriteLine("{0} iterations total; the finalizer ran first {1} times.", totalCount, finalizerFirstCount);
    }
    private static void ThreadProc()
    {
        while (running) DoWork();
    }
}

对于那些感兴趣的人,我可以通过电子邮件发送压缩项目。