为什么不可变对象是线程安全的？

Question

class Unit {
    private readonly string name;
    private readonly double scale;

    public Unit(string name, double scale) {
        this.name = name;
        this.scale = scale,
    }

    public string Name { get { return name; } }
    public string Scale { get { return scale; } }

    private static Unit gram = new Unit("Gram", 1.0);

    public Unit Gram { get { return gram; } }
}

多个线程可以访问Unit.Gram。为什么多个线程同时读取Unit.Gram.Title可以？

我担心的是它们指的是相同的内存位置。一个线程开始读取该内存，那么它不是“被锁定”了吗？ .NET 是否处理下面这个关键部分的同步？还是我认为同时读取需要同步是错误的？

Answer 1

是什么使得对象不线程安全？如果该对象的值/状态在线程读取它时可以更改，则该对象不是线程安全的。如果在第一个线程读取该对象时第二个线程更改该对象的值，通常会发生这种情况。

根据定义，不可变对象不能更改值/状态。由于每次读取不可变对象时它都具有相同的值/状态，因此您可以让任意数量的线程毫无顾虑地读取该对象。

Answer 2

我认为你的问题不是关于线程安全或不变性，而是关于内存访问的（非常）低级细节。

这是一个沉重的话题，但简短的答案是：是的，两个线程（更重要的是，2 个以上的 CPU）可以同时读取（和/或写入）同一块内存。

而且只要该内存区域的内容是不可变的，所有问题都迎刃而解。当它可以改变时，就会出现一系列问题，volatile 关键字和 Interlocked 类是我们用来解决这些问题的一些工具。

Answer 3

同时读取不需要需要同步。由于只有编写者（或读者和至少一个编写者）需要同步，因此不可变对象不需要同步，因此是线程安全的。

Answer 4

如果对象是不可变的，那么它的状态将永远不会改变。因此，对过时数据的担忧就消失了。线程读取永远不会被锁定，因此这不是问题（死锁）

Answer 5

在绝大多数情况下，并发读取不需要同步（例外情况是内存映射 IO，其中从某个地址读取可能会导致副作用）。

如果并发读取确实需要同步，则几乎不可能编写有用的多线程代码。例如，要执行一段代码，处理器必须读取指令流，如果函数本身必须防止自身同时执行，您将如何编写锁定函数:)？

Answer 6

读取同一内存位置只能由特定线程在一个 CPU 周期内完成。在这种情况下，读取顺序并不重要，因为基础值不会改变。因此，不存在读取不一致的可能性，因此在这种情况下不需要任何级别的同步。

Answer 7

内存管理单元是处理器中处理内存读取的部分。如果你有多个，那么千载难逢，其中两个可能会尝试在相同的十几纳秒内读取相同的内存位置，但不会出现任何问题，因为他们得到相同的答案。

Answer 8

除了驱动程序的映射内存等异常之外，两个线程同时读取同一内存地址没有问题。然而，当一个线程执行一些写入数据时，可能会出现问题。在这种情况下，可能会阻止其他线程读取该对象/数据。

但问题并不是由于文字的同时性（在最低的电子水平上，它们是一个接一个地出现的），问题在于对象/数据集可能会失去其一致性。通常，人们会利用节评论家来隔离一些可能无法被其他线程同时读取/写入的代码。

网上有很多例子，但请考虑以下情况，其中 price 是类的私有成员，例如 Product，它还有 2 个方法

public void setPrice(int value) {
  price = value;
  // -- point CRITIC --
  price += TAX;
}

public int getPrice() {
  return price;
}

setPrice(v) 将产品的价格设置为 v ，并用 VAT 进行调整（程序应该有 value += TAX;price = value 但这不是重点:-)

如果线程 A 写入价格 100，并且 TAX 为（固定）1 ，产品价格最终将设置为 101。但是，如果线程 B 通过 getPrice() 读取价格，而线程 A 位于 CRITIC 点，会发生什么情况？返回给B的价格将错过TAX，并且是错误的。

setPrice() 应该在关键部分（lock）内，以防止在价格设置期间对对象进行任何访问

    lock(this)
    {
      price = value;
      price += TAX;
    }