c# - 使计算线程安全的标准方法是什么？

Question

最初看似简单解决方案的问题已被证明是一个非常有趣的挑战。

我有一个类维护一个内部固定大小、线程安全的集合(通过对所有插入和删除操作使用 lock)并通过其属性提供各种统计值。

一个例子:

public double StandardDeviation {
    get {
        return Math.Sqrt((Sum2 - ((Sum * Sum) / Count)) / Count);
    }
}

现在，我已经彻底测试了这个计算，通过集合运行 10,000 个值并检查每次更新的标准偏差。它工作正常...在单线程场景中。

然而，在我们的开发和生产环境的多线程上下文中出现了一个问题。似乎这个数字以某种方式有时返回NaN，然后迅速变回实数。当然，这一定是由于传递给 Math.Sqrt 的负值所致。我只能想象，当计算进行到一半时，计算中使用的值之一由单独的线程更新时会发生这种情况。

我可以先缓存值:

int C = this.Count;
double S = this.Sum;
double S2 = this.Sum2;

return Math.Sqrt((S2 - (S * S) / C) / C);

但是 Sum2 可能仍会更新，例如，在设置 S = this.Sum 之后，再次影响计算。

我可以在代码中更新这些值的所有点周围放置一个锁:

protected void ItemAdded(double item) {
    // ...

    lock (this.CalculationLock) {
        this.Sum += item;
        this.Sum2 += (item * item);
    }
}

然后，如果我在计算 StandardDeviation 时锁定同一对象，我认为最终会解决问题。它没有。该值仍然以 NaN 的形式出现，但并不频繁。

坦率地说，即使上述解决方案已经 奏效，它也非常困惑并且对我来说似乎不太好管理。 是否有标准和/或更直接的方法来实现计算值的线程安全，例如这样？

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编辑:原来这里有一个问题示例，起初似乎只有一个可能的解释，但毕竟问题完全出在其他问题上。

我一直一丝不苟地以各种可能的方式实现线程安全，而尽可能不牺牲巨大的性能——锁定对共享值的读取和写入(例如，Sum 和 Count)，在本地缓存值，并使用相同的锁对象来修改集合和更新共享值……老实说，这一切看起来都有些矫枉过正。

没有任何效果；那个邪恶的 NaN 不断弹出。所以我决定在 StandardDeviation 返回 NaN 时将集合中的所有值打印到控制台...

我立即注意到，当集合中的所有值都相同时，似乎总是会发生这种情况。

这是官方的:我被浮点运算烧坏了。 (所有的值都相同，所以 StandardDeviation 中的被除数——即被取平方根的数——被计算为某个极小的负数。)

Answer 1

I could put a lock around all points in the code where these values are updated:

protected void ItemAdded(double item) {
    // ...

    lock (this.CalculationLock) {
        this.Sum += item;
        this.Sum2 += (item * item);
    }
}

Then if I lock on this same object when calculating StandardDeviation, I thought that would, finally, fix the problem. It didn't. The value is still coming in as NaN on a fleeting, infrequent basis.

这正是您应该为正确性做的事情。如果这对您不起作用，我建议您要么错过了更新场景 - 或者您有其他问题(例如 Sum 或 Sum2 偶尔为 NaN 或由于某些 而出现意外值其他竞争条件)。