匿名方法

　　匿名方法是.NET 2.0中引入的高級特性，“匿名”二字說明它可以把實現內聯地寫在一個方法中，從而形成一個委托對象，而不用有明確地方法名，例如：

static void Test()
{
    Action<string> action = delegate(string value)
    {
        Console.WriteLine(value);
    };

    action("Hello World");
}

　　但是匿名方法的關鍵并不僅于“匿名”二字。其最強大的特性就在于匿名方法形成了一個閉包，它可以作為參數傳遞到另一個方法中去，但同時也能訪問方法的局部變量和當前類中的其它成員。例如：

class TestClass
{
    private void Print(string message)
    {
        Console.WriteLine(message);
    }

    public void Test()
    {
        string[] messages = new string[] { "Hello", "World" };
        int index = 0;

        Action<string> action = (m) =>
        {
            this.Print((index++) + ". " + m);
        };

        Array.ForEach(messages, action);
        Console.WriteLine("index = " + index);
    }
}

　　如上所示，在TestClass的Test方法中，action委托調用了同在TestClass類中的私有方法Print，并對Test方法中的局部變量index進行了讀寫。在加上C# 3.0中Lambda表達式的新特性，匿名方法的使用得到了極大的推廣。不過，如果使用不當，匿名方法也容易造成難以發現的問題。

問題案例

　　某位兄弟最近在一個簡單的數據導入程序，主要工作是從文本文件中讀取數據，進行分析和重組，然后寫入數據庫。其邏輯大致如下：

static void Process()
{
    List<Item> batchItems = new List<Item>();
    foreach (var item in ...)
    {
        batchItems.Add(item);

        if (batchItems.Count > 1000)
        {
            DataContext db = new DataContext();
            db.Items.InsertAllOnSubmit(batchItems);
            db.SubmitChanges();

            batchItems = new List<Item>();
        }
    }
}

　　每次從數據源中讀取數據后，添加到batchItems列表中，當batchItems滿1000條時便進行一次提交。這段代碼功能運行正常，可惜時間卡在了數據庫提交上。數據的獲取和處理很快，但是提交一次就要花較長時間。于是想想，數據提交和數據處理不會有資源上的沖突，那么就把數據提交放在另外一個線程上進行處理吧！于是，使用ThreadPool來改寫代碼：

static void Process()
{ 
    List<Item> batchItems = new List<Item>();
    foreach (var item in ...)
    {
        batchItems.Add(item);

        if (batchItems.Count > 1000)
        {
            ThreadPool.QueueUserWorkItem((o) =>
            {
                DataContext db = new DataContext();
                db.Items.InsertAllOnSubmit(batchItems);
                db.SubmitChanges();
            });                    

            batchItems = new List<Item>();
        }
    }
}

　　現在，我們將數據提交操作交給ThreadPoll執行，當線程池中有額外線程時，就會發起數據提交操作。而數據提交操作不會阻塞數據處理，因此按照那位兄弟的意圖，數據會不斷進行處理，最后只要等待所有數據庫提交完成就可以了。思路很好，可惜運行時發現，原本（不利用多線程時）運行正常的代碼，如今會“莫名其妙”地拋出異常。更為奇怪的是，數據庫中的數據出現了丟失的情況：處理了并“提交”了一百萬條數據，但是數據庫里卻少了一部分。于是對著代碼左看右看，百思不得其解。

　　您看出問題原因來了嗎？

分析原因

　　要發現問題所在，我們必須了解匿名方法在.NET環境中的實現方式。

　　.NET中本沒有什么“匿名方法”，也沒有類似的新特性。“匿名方法”完全是由編譯器施展的魔法，它會將匿名方法中需要訪問的所有成員一起包含在閉包中，確保所有的成員調用都符合.NET標準。例如在文章第一節中的第2個示例，實際上由編譯器處理之后就變成了如下的樣子（自然字段名經過“友好化”處理）：

class TestClass
{
    ...

    private sealed class AutoGeneratedHelperClass
    {
        public TestClass m_testClassInstance;
        public int m_index;

        public void Action(string m)
        {
            this.m_index++;
            this.m_testClassInstance.Print(m);
        }
    }

    public void TestAfterCompiled()
    {
        AutoGeneratedHelperClass helper = new AutoGeneratedHelperClass();
        helper.m_testClassInstance = this;
        helper.m_index = 0;

        string[] messages = new string[] { "Hello", "World" };
        Action<string> action = new Action<string>(helper.Action);
        Array.ForEach(messages, action);

        Console.WriteLine(helper.m_index);
    }
}

　　由此就可以看出編譯器是如何實現一個閉包的：

• 編譯器自動生成一個私有的內部輔助類，并將其設為sealed，這個類的實例將成為一個閉包對象。
• 如果匿名方法需要訪問方法的參數或局部變量，那么該參數或局部變量將“升級”成為輔助類中的公有Field字段。
• 如果匿名方法需要訪問類中的其它方法，那么輔助類中將保存類的當前實例。

　　值得一提的是，在實際情況下以上三點理論都皆可能不滿足。在某些特別簡單的情況下（例如匿名方法中完全不涉及局部變量和其他方法），編譯器只會簡單生成一個靜態的方法來構造一個委托實例，因為這樣可以獲得更好的性能。

　　對于之前的案例，我們現在也將它進行一番改寫，這樣便可“避免”使用匿名對象，也可以清楚地展現出問題原因：

private class AutoGeneratedClass
{
    public List<Item> m_batchItems;

    public void WaitCallback(object o)
    {
        DataContext db = new DataContext();
        db.Items.InsertAllOnSubmit(this.m_batchItems);
        db.SubmitChanges();
    }
}

static void Process()
{ 
    var helper = new AutoGeneratedClass();
    helper.m_batchItems = new List<Item>();

    foreach (var item in ...)
    {
        helper.m_batchItems.Add(item);

        if (helper.m_batchItems.Count > 1000)
        {
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(helper.WaitCallback);
            helper.m_batchItems = new List<Item>();
        }
    }
}

　　編譯器會自動生成一個AutoGeneratedClass類，并且在Process方法中使用這個類的實例來代替原來的batchItems局部變量。同樣，交給ThreadPool的委托對象也從匿名方法變成了AutoGeneratedClass實例的公有方法。因此線程池每次調用的便是該實例的WaitCallback方法。

　　現在問題應該一目了然了吧？每次把委托交給線程池之后，線程池并不會立即執行，而會保留到合適的時間再進行。而WaitCallback方法在執行時，它會讀取m_batchItems這個Field字段“當前”所引用的對象。而與此同時，Process方法已經“拋棄”了原本我們要提交的數據，因此會引起提交到數據庫中數據的丟失。同時，在準備每批次數據的過程中，很有可能會發起兩次數據提交，兩個線程提交同樣一批Item時，就拋出了所謂“莫名其妙”的異常。

解決問題

　　找到了問題所在，解決起來自然輕而易舉：

private class WrapperClass
{
    private List<Item> m_items;

    public WrapperClass(List<Item> items)
    {
        this.m_items = items;
    }

    public void WaitCallback(object o)
    {
        DataContext db = new DataContext();
        db.Items.InsertAllOnSubmit(this.m_items);
        db.SubmitChanges();
    }
}

static void Process()
{
    List<Item> batchItems = new List<Item>();
    foreach (var item in ...)
    {
        batchItems.Add(item);

        if (batchItems.Count > 1000)
        {
            ThreadPool.QueueUserWorkItem(
                new WrapperClass(batchItems).WaitCallback);

            batchItems = new List<Item>();
        }
    }
}

　　這里我們明確地準備一個封裝類，用它來保留我們需要提交的數據。而每次提交時則使用保留好的數據，自然不會發生不該有的“數據共享”，從而避免了錯誤的發生¹。

總結

　　匿名方法是強大的，但是也會造成一些令人難以察覺的陷阱。對于使用匿名方法創建的委托，如果不會立即同步執行，并且其中使用了方法的局部變量，那么您就需要對其留個心眼了。因為此時“局部變量”事實上已經由編譯器轉變成一個自動類的實例上的Field字段，而這個字段將被當前方法和委托對象共享。如果您在創建了委托對象之后還會修改共享的“局部變量”，那么請再三確認這樣做符合您的意圖，而不會造成問題。

　　此類問題也不光會出現在匿名方法中。如果您使用Lambda表達式創建了一個表達式樹，其中也用到了一個“局部變量”，那么表達式樹在解析或執行時同樣也會獲取“當前”的值，而不是創建表達式樹時的值。

　　這也是為什么Java中的內聯寫法——匿名類——如果要共享方法內的“局部變量”，則必須將變量使用final關鍵字來修飾：這樣這個變量只能在聲明時賦值，避免了后續的“修改”可能會造成的“古怪問題”。

注1：一個更簡潔的解決方案可以參考29樓overred兄弟的回復。