foreach 集合又拋經典異常了,這次一定要刨根問底

foreach 集合又拋經典異常了,這次一定要刨根問底

一:背景

1. 講故事

最近同事在寫一段業務邏輯的時候,程序跑起來總是報:集合已修改;可能無法執行枚舉操作,硬是沒有找到什麼情況下會導致這個異常產生,就讓我來找一下bug,其實這個異常在座的每個程序員幾乎都遇到過,誰也不是一生下就是大牛,簡單看了下代碼,確實是多線程操作foreach,但並沒有對foreach進行Add,Remove操作,掃完代碼其實我也是有點懵,沒撤只能調試了,在foreach里套一層trycatch,查看異常的線程堆棧從而找出了問題代碼,代碼簡化如下:


        static void Main(string[] args)
        {
            var dict = new Dictionary<int, int>()
            {
                [1001] = 1,
                [1002] = 10,
                [1003] = 20
            };

            foreach (var userid in dict.Keys)
            {
                dict[userid] = dict[userid] + 1;
            }
        }

先尋找點安慰,說實話,憑肉眼你覺得這段代碼會拋出異常嗎? 反正我是被騙過了,大寫的尷尬,結論如下,運行一下便知。

從圖中看確實是異常,說明在foreach的過程中連迭代集合的 value 都不可以修改,這讓我激起了強烈的探索欲,看看FCL中到底是怎麼限制的。

二:源碼探索

1. 從IL中尋找答案

C#已發展到 9.0 了,到處都充斥着語法糖,有時候不看一下底層的IL都不知道到底是轉化成了什麼,所以這個是必須的。


	IL_000d: callvirt instance void class [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2<int32, int32>::set_Item(!0, !1)
	IL_001b: callvirt instance void class [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2<int32, int32>::set_Item(!0, !1)
	IL_0029: callvirt instance void class [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2<int32, int32>::set_Item(!0, !1)
	IL_0037: callvirt instance valuetype [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2/KeyCollection/Enumerator<!0, !1> class [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2/KeyCollection<int32, int32>::GetEnumerator()

	.try
	{
		IL_003d: br.s IL_005a
		// loop start (head: IL_005a)
			IL_003f: ldloca.s 1
			IL_0041: call instance !0 valuetype [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2/KeyCollection/Enumerator<int32, int32>::get_Current()
			IL_004c: callvirt instance !1 class [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2<int32, int32>::get_Item(!0)
			IL_0053: callvirt instance void class [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2<int32, int32>::set_Item(!0, !1)
			IL_005a: ldloca.s 1
			IL_005c: call instance bool valuetype [System.Collections]System.Collections.Generic.Dictionary`2/KeyCollection/Enumerator<int32, int32>::MoveNext()
			IL_0061: brtrue.s IL_003f
		// end loop

		IL_0063: leave.s IL_0074
	} // end .try
	finally
	{

	} // end handler    

從IL代碼中可以看到,先執行了三次字典的索引器操作,然後調用了 Dictionary.GetEnumerator 來生成字典的迭代類,這思路就非常清晰了,然後我們看一下類索引器都做了些什麼。

從圖中可以看到,每一次的索引器操作,這裏都執行了version++,所以字典初始化完成之後,這裏的 version=3,沒有問題吧,然後繼續看代碼,尋找 Dictionary.GetEnumerator 方法啟動迭代類。

上面代碼的 _version = dictionary._version; 一定要看仔細了,在啟動迭代類的時候記錄了當時字典的版本號,也就是_version=3,然後繼續探索moveNext方法幹了什麼,如下圖:

從圖中可以看到,當每次執行moveNext的過程中,都會判斷一下字典的 version 和 當初初始化迭代類中的version 版本號是否一致,如果不一致就拋出異常,所以這行代碼就是點睛之筆了,當在foreach體中執行了 dict[userid] = dict[userid] + 1; 語句,相當於又執行了一次類索引器操作,這時候字典的version就變成 4 了,而當初初始化迭代類的時候還是3,自然下一次執行 moveNext 就是 3 != 4 拋出異常了。

如果你非要讓我證明給你看,這裏可以使用dnspy直接調試源碼,在異常那裡下一個斷點再查看兩個version版本號不就知道啦。。。

2. 面對疾風

有些朋友可能要說,碼農今天分享的這篇一點水準都沒有,我18年前就知道字典是不能動態修改的,還分析的頭頭是勁。

但是我有話要說,這個還確實是我的一個盲區,平時在迭代字典的時候value一般都是引用類型,動態修改引用類型的值自然是沒有問題的,這是因為你不管怎麼修改都不會改變 _version 版本號,但質疑我的也不要把話說的太滿,因為這種操作是非常語義化非常大眾的需求,你能保證後面net版本不支持這個嗎??? 如果你說不可能,那恭喜你,被我帶到坑裡面去啦。

下面我用原封不動的代碼在 .net 5 下跑一次,睜大眼睛好好看哦~~~

驚訝吧, 居然在 .Net 5 中可以的,接下來用ILSpy去查查底層源碼,.netcore 3.1 和 net5 中分別對 類索引器 都做了啥修改。

  • netcore 3.1

Path: C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App\3.1.2\System.Private.CoreLib.dll

  • net5

Path: C:\Program Files\dotnet\shared\Microsoft.NETCore.App\5.0.0-preview.5.20278.1\System.Private.CoreLib.dll

對比兩張圖你會發現 .Net5 中並沒有做 _version++ 操作,這就了,如果你再細讀代碼,你還發現 .Net5 對字典進行了較大幅度的優化,哈哈,當初在 .Net5 之前產生的錯誤,在 .Net5 中居然沒有啦!

四: 總結

源碼面前,不談隱私,沒事多翻翻源碼,有可能還有意外收穫,比如在 .Net 5下的這點新發現,可能還是全網第一個哦,這要是兩個大牛爭吵,讓小白去相信誰呢,嘿嘿,源碼才是真正的專家~

如您有更多問題與我互動,掃描下方進來吧~

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