任务并行库（TPL）是否处理竞争条件？

Question

我正在尝试理解使用任务并行库相较于传统多线程的优势，但当我思考以下情况时，我卡住了：它是否处理了竞态条件，还是我们需要在代码中处理？

这里是我的代码：

 int depdt = 0;    
 Parallel.For(1, 10, mem =>
        {

            for (int dep = 1; dep <= 10; dep++)
            {
                depdt = dep;
                Console.WriteLine("MEMBER: " + mem + " " + "Dependent: " + dep);
            }

            Console.WriteLine("Dep Value: " + depdt + " " + "mem: " + mem);
        });
        Console.ReadKey();

我运行了几次，没有看到任何线程干扰/覆盖"depdt"变量。但我需要确认一下。(或者)为了使其线程安全，我是否应手动创建一个类实例，并像以下代码一样实现它以避免竞争条件。

 int depdt = 0;
        Parallel.For(1, 10, mem =>
        {
              Worker worker = new Worker();
              worker.DoWork(mem);

        });
        Console.ReadKey();

  public class Worker
{
    public void DoWork(int mem)
    {

        int depdt = 0;
        for (int dep = 1; dep <= 10; dep++)
        {
            depdt = dep;
            Console.WriteLine("MEMBER: " + mem + " " + "Dependent: " + dep);
        }

        Console.WriteLine("Dep Value: " + depdt  +" "+ "mem: "+ mem);
    }
}

回复 @yms：

我的意思是使用正常的线程时，变量depdt变得不可靠。下面是我的代码：

for (int mem = 1; mem <= 10; mem++)
        {
            var t= new Thread(state =>
            {
                for (int dep = 1; dep <= 10; dep++)
                {
                    depdt = dep;
                    Console.WriteLine("MEMBER: " + mem + " " + "Dependent: " + dep);
                }

                Console.WriteLine("Dep Value: " + depdt + " " + "mem: " + mem);
            });

            t.Start(string.Format("Thread{0}", mem));
        }
        Console.ReadKey();

这是我的输出屏幕：事实上，mem和dep变量都变得不可靠了。

- marak

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请注意，4字节int变量的赋值通常是原子性的（https://dev59.com/eGsy5IYBdhLWcg3w0RbT）。另外，我认为没有必要引入一个新的类，你可以在lambda表达式中使用一个局部变量。 - yms

@yms 我的意思是，通常使用普通线程时，您会陷入“depdt”变量不可靠的状态。请参见我的以下代码及其与线程的结果。 - marak

@yms，我在问题中添加了更多信息以回答您的评论。谢谢。 - marak

Answer 1

如果你期望你的程序总是输出Dep Value: 10，那么是的，你的程序可能会出现竞态条件，导致其他值被打印出来。为了演示这个问题，只需在内部循环中引入延迟即可：

int depdt = 0;
Parallel.For(1, 10, mem =>
{
    for (int dep = 1; dep <= 10; dep++)
    {
        depdt = dep;
        Console.WriteLine("MEMBER: " + mem + " " + "Dependent: " + dep);
        Thread.Sleep(mem * 100);   // delay introduced here
    }
    Console.WriteLine("Dep Value: " + depdt + " " + "mem: " + mem);
});
Console.ReadKey();

您的程序看起来行为正确的原因是内部循环执行所需时间非常短，可能在分配给线程的单个时间量子内完成。

为了避免竞态条件，您只需要将 depdt 声明移到传递给 Parallel.For 的匿名函数内部。 这将导致每个线程都拥有自己的变量，避免冲突。

Parallel.For(1, 10, mem =>
{
    int depdt = 0;
    for (int dep = 1; dep <= 10; dep++)
    {
        depdt = dep;
        Console.WriteLine("MEMBER: " + mem + " " + "Dependent: " + dep);
    }
    Console.WriteLine("Dep Value: " + depdt + " " + "mem: " + mem);
});

- Douglas

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谢谢Douglas。所以，要点是TPL没有任何内置机制来处理竞态条件，它应该在我们的代码中处理。 - marak

@marak: 共享内存并行性本质上容易受到竞争条件的影响。由于您将变量声明为跨所有线程共享，因此预计多个线程可以同时访问它。这实际上有时是期望的行为，例如在终止后台操作的哨兵标志的情况下。 - Douglas

Answer 2

不，任务并行库默认情况下不处理竞争条件。您需要注意同步对共享资源的访问。

- Himanshu Gupta