String类中的线程安全性

Question

以下方法中，从本地变量使用String类构建字符串是否是线程安全的？假设以下方法将被多个线程调用。

public static string WriteResult(int value, string name)
{
    return string.Format("Result: value={0} name={1}", value, name);
}

public static string WriteResult2(int value, string name)
{
    return "Result: value=" + value + " name=" + name;
}

我是否需要使用StringBuilder来确保线程安全？

- user1766169

Answer 1

完全没问题。除了字符串文字外，两个代码片段中都没有共享状态。由于字符串是不可变的，所以可以自由地在线程之间共享字符串，并且string.Format和string.Concat（在第二个代码片段中隐式调用）都是线程安全的。

即使其中一个参数是可变的，并且该方法改变了参数，例如：

public static void AddResult(int value, List<string> results)
{
    results.Add("Value " + value);
}

如果多个线程没有引用相同的 List<string>，那么该方法本身仍然是线程安全的。如果多个线程引用相同的 List<string>，即使只是从列表中读取，它也会是不安全的，因为另一个线程可能正在对其进行更改。

- Jon Skeet

Answer 2

在这个方法中，int和string参数都是有效的不可变对象，不能被外部代码更改。

因此，在这种情况下，无需关心Format方法或String.Concat的线程安全性。

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假设我们有一个可变的类MyObject，可以从外部进行更改：

public class MyClass
{
    public Int32 value1 { get; set; }
    public String value2 { get; set;}
} 

public static string WriteResult2(MyObject obj)
{
    return "Result: value=" + obj.value1 + " name=" + obj.value2 ;
}

在这种情况下，无论是第一种方法还是第二种方法，都可能返回不一致的值（如果一个值已经被放入输出后，value1和value2都被更改）。

正如@JonSkeet所指出的那样，实际上并不是方法本身不安全，而是类本身不安全，在不同线程之间共享时不安全。

要处理这种情况，您将需要创建特殊的线程安全实例方法：

public class MyClass
{
    private Object lockObj = new Object();
    public Int32 value1
    {
        get
        {
            lock (this.lockObj) { ... });
        }
        set
        {
            lock (this.lockObj) { ... });
        }
    }
    public String value2
    {
        get
        {
            lock (this.lockObj) { ... });
        }
        set
        {
            lock (this.lockObj) { ... });
        }
    }

    public string WriteResult2()
    {
        lock (this.lockObj)
        {
             return "Result: value=" + this.value1 + " name=" + this.value2 ;
        }
    }
} 

使用方法中对这些实例进行额外的锁定。显然，第一个类内方法更少出错，但可能会降低性能并创建大量样板代码。理想情况下，在并发编程中，您需要关心共享可变状态及其一致性的越少越好。

- Eugene Podskal

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我不会说你后面的情况使得这个"方法"线程不安全——在我看来，它使得类(MyClass)在多个线程之间共享实例是不安全的，这是一个稍微不同的问题。 - Jon Skeet

@JonSkeet 谢谢。忘记添加锁。 - Eugene Podskal

一个更简单的解决方案是在文档中声明实例成员不是线程安全的，这是很典型的情况。很少有类型真正需要在线程之间共享 - 正如我在我的答案中所说的那样，这并不意味着使用这些类型作为参数的方法不是线程安全的，只要传递给方法的值不是共享的...这是调用代码的问题。 - Jon Skeet

虽然我们在属性的getter和setter中已经有锁了，但是我们是否真的需要在WriteResult2方法内部再加锁呢？ - Jenish Rabadiya

@JenishRabadiya 我们需要确保在 WriteResult 方法内部，value1 和 value2 的值必须保持一致 - 在构建输出字符串时不能更改这些值。例如，当 value1=Jenish，value2=Rabadiya 时，我们调用 WriteResult，它会写入 Jenish，但是外部代码同时将 value2 更改为 Podskal。显然这不是我们想要的结果。尽管在调用 WriteResult 之前允许我们创建这种不一致的状态，但我们应该删除两个 setter 并为这两个属性创建一个同步 setter 方法。或者使用不可变类型。 - Eugene Podskal

Answer 3

这两种方法都是线程安全的，因为在WriteResult内部做什么并不重要。只要它不使用可变静态状态，并且其参数不能从外部更改，您的静态方法就是线程安全的。

很容易验证这些方法不使用静态状态。还很容易验证方法的参数不能从外部更改：

• value无法更改，因为它是原始类型，并且按值传递
• name无法更改，因为string对象是不可变的。

- Sergey Kalinichenko