如何初始化一个线程安全的静态缓存反射数据

Question

我已经思考了几个小时，发现这个任务有些具有挑战性。我正在尝试从基类初始化一个给定对象的静态反射数据缓存，以便它可以从多个线程进行访问。但是我很难想出正确的模式来初始化缓存。

我的第一个想法是只需将静态缓存初始化为null，在构造函数中检查它是否为null，如果不是，则构建并设置它。例如：

class TestBase
{
  private static ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo> Cache;

  protected TestBase()
  {
    if(Cache == null)
    {
      ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo> cache =
        new ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo>();
      // Populate...
      Cache = cache;
    }
  }
}

这种方法存在一个缺陷，如果在第一个对象还在填充缓存时构造另一个对象，我将会构造两个缓存，第二个缓存会（大概率）覆盖第一个缓存。虽然这可能没问题，因为它们两个都是完整的缓存，但这似乎很糟糕，我希望我们能做得更好。

因此，我的第二个想法是在静态构造函数中初始化缓存，在创建任何实例之前，每个应用程序域只调用一次静态构造函数。StackOverflow上有几个类似问题的回答指向了这个方向。这看起来很不错，直到我意识到派生类型的反射数据对静态构造函数不可用。

我总是可以在构造函数中同步访问，以确保只有一个线程正在创建/填充缓存，而在此期间的任何其他访问都应该被阻塞，但是这样一来，我就只是为了保护一个只发生一次的操作而在每次构造时锁定。我不喜欢这样做的性能影响。

我现在的解决方案是使用Interlocked.Exchange和ManualResetEventSlim设置标志。它看起来像这样：

class TestBase
{
  private static ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo> Cache;
  private static volatile int BuildingCache = 0;
  private static ManualResetEventSlim CacheBuilt =
    new ManualResetEventSlim();

  protected TestBase()
  {
    if(Interlocked.Exchange(ref BuildingCache, 1) == 0)
    {
      Cache = new ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo>();
      // Populate...
      CacheBuilt.Set();
    }
    CacheBuilt.Wait();
  }
}

我怀疑已经有一种被接受或至少已知的方法来做这种事情-这是吗？如果不是，是否有更好的方法来同步缓存初始化？请注意，问题不是如何使缓存访问线程安全，可以通过使用ConcurrentDictionary（或类似）来假定。

- daveaglick

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我认为即使是只读的“get”，Dictionary<,>也是线程安全的。因此，一旦您的缓存准备就绪，我甚至不认为ConcurrentDictionary是必要的。如果您感兴趣，值得测试/研究。 - payo

我刚刚测试了静态构造函数的想法，并且派生部分的反射起作用了，你所说的“这听起来很棒，直到我意识到静态构造函数无法访问派生类型的反射数据。”是什么意思？ - payo

@payo - 你是如何获取派生类型的Type实例引用的？在静态构造函数中没有“this”，因此无法使用this.GetType()。也许我表达得不够清楚 - 我不知道派生类型（而且不止一个）。也就是说，在基类的静态构造函数中无法执行Type type = typeof(SomeDerivedType);以构建缓存。 - daveaglick

你应该在构造函数之外创建字典(private static ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo> Cache = new ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo>();)，并检查 Count 来确定是否需要构建缓存。 - JamieSee

@JamieSee - 我其实也考虑过这个问题，但我的担忧是在添加第一项后，任何后续的实例化都将被允许继续进行（因为至少有一个项目在缓存中），即使额外的缓存项目仍在第一个构造函数中添加。这可能会导致以下实例在缓存还在建设中时访问不完整的缓存。 - daveaglick

@somedave 如果你需要实例，你是如何传递它们的？根据你所做的事情，我可能有一个不错的解决方案。 - payo

Answer 1

你可以使用Lazy<T>类在线程安全的情况下懒惰地初始化某些内容，而无需编写自己的代码。

如果您想要急切地缓存反射数据，则需要使用Assembly.GetTypes()来扫描兼容的类型（例如，用某些属性装饰的类型）。例如：

var types = typeof(TestBase).Assembly.GetTypes().Where(type => --some condition--);

- Allon Guralnek

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太好了 - 我以前从未遇到过这个类。Lazy<T>.Value在值被初始化时是否会阻塞（我认为它必须这样做）？如果是这样，那看起来完美无缺。 - daveaglick

@somedave 默认情况下它会阻塞（尽管您可以更改此行为）。第一个线程初始化所有其他线程的所有内容。有关此及其他延迟初始化概念的更多信息，请参见MSDN上的“延迟初始化”（http://msdn.microsoft.com/en-us/library/dd997286.aspx）。 - Chris Hannon

@somedave：它总是阻塞，直到初始化完成。您可以使用接受 LazyThreadSafetyMode 枚举的构造函数重载来配置执行初始化例程的线程。 - Allon Guralnek

@ChrisHannon：它总是阻塞，并且这种行为是不可配置的。只有执行初始化的人是可配置的。此外，很酷的文章，我不知道还有其他两个类。 - Allon Guralnek

@ChrisHannon：如果你看一下somedave的第一条评论，你会发现他指的是“阻塞”的前一种解释，而不是后一种。 - Allon Guralnek

Answer 2

你应该在构造函数之外创建字典 (private static ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo> Cache = new ConcurrentDictionary<string, PropertyInfo>();) 并检查 Count 属性以确定是否需要构建缓存。然后，如果在构建缓存时使用 TryAdd 来执行添加操作，你就不需要进行任何自己的线程锁定。

你可以通过使用另一个属性 IsCahceValid 来处理你在评论中提出的问题，以指示缓存已完成。由于你将使用 TryAdd，因此甚至不需要锁定变量，因为在任何初始完成点将其设置为 true 即可正常工作。

- JamieSee