Effective-CSharp-8用null条件运算符调用事件处理程序

刚接触事件的人可能觉得触发事件是很容易的，只需将事件定义好，并在需要触发时调用相关的事件处理程序就可以了，底层的多播委托将会依次执行这些处理程序。实际上触发事件并不是如此简单。若根本没有事件对应的处理程序会怎样？若多个线程都要检测并调用事件处理程序，而线程之间互相争夺，会怎样？C# 6.0 引入的 null 条件运算符 (null-conditional operator，又称 null 传播运算符 (null-propagation operator)) 可用更加清晰的写法来解决这些问题。^[1]

public class EventSource
{
    private int counter;
    private EventHandler<int> Updated;

    public void RaiseUpdates()
    {
        counter++;
        Updated(this, counter);
    }
}

这种旧写法有个明显的问题：如在对象上出发 Updated 事件是并没有事件处理程序与之相关，将会发生 NullReferenceException，因为 C# 用 null 值表示这种没有处理程序与之相关的情况。于是，触发事件前，必须先判断事件处理程序是否为 null。^[2]

public void RaiseUpdates()
{
    counter++;
    if(Updated != null)
        Updated(this, counter);
}

但这种写法依然有 bug。当程序线程执行完 if 判断了 Updated 不为 null 后，可能会有另一个线程打断该线程，并解除订阅，这样的话依然会引发 NullReferenceException，虽然这种情况很少见。^[3]

这个 bug 很难诊断，也很难修复。想重现该错误，必须按照上述线程的执行顺序执行。一些开发老手在此问题上吃过亏，他们知道其危险，改用另一个种写法：

public void RaiseUpdates()
{
    counter++;
    var handler = Updated;
    if(handler != null)
        handler(this, counter);
}

此方法是可行的，线程是安全的。但是从阅读的角度来看，看代码的人不太明白为何这样改后就能确保线程安全。^[4]

var handler = Updated; 这是对赋值号的右侧做 浅拷贝 (shallow copy)，也就是创建一个新的引用，指向其事件处理程序。因此，即使是 Updated 被其他线程注销，变为 null。也不会影响 handler，handler 依然保存了原先记录的事件订阅者。这段代码实际上是通过浅拷贝为事件订阅这做了份快照，触发事件时通过快照来触发事件处理程序。^[5]

触发事件是一项简单的任务，不该用这么冗长且费解的方式去完成。

有了 null 条件运算符，可以用更清晰的写法来实现：

public void RaiseUpdates()
{
    counter++;
    Updated?.Invoke(this, counter);
}

采用了 null 条件运算符 (也就是 ?.) 安全地调用事件处理程序。该运算符首先对左侧内容进行 null 判断，若非 null 执行右侧内容。若为 null 则跳过此语句。^[6]

从语义上来说这和 if 类似。但区别在于 ?. 运算符左侧的内容只会计算一次。^[7]

由于 C# 不许 ?. 运算符右侧直接出现一对括号，因此必须用 Invoke() 去触发事件。每定义一种委托或事件，编译器都会为此生成类型安全的 Invoke()，这意味着，通过 Invoke 方法触发事件，使得代码篇幅更小，且线程安全。^[8]

有了这种简单且清晰的写法后，原来的写法需要改一改了。以后触发事件都应采用此写法。^[9]

成员访问运算符和表达式 - C# 参考

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1. Bill Wagner 的 Effective C# (Covers C# 6.0), 3rd Edition Item 8 建议用 null 条件运算符调用事件处理程序；Microsoft Events 指南说明 C# 事件是发布者 / 订阅者模型，多订阅者会在事件触发时同步收到通知：https://www.informit.com/store/effective-c-sharp-covers-c-sharp-6.0-50-specific-ways-9780134579283、https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/events/。 ↩︎

2. Microsoft 的 null 条件运算符文档把 PropertyChanged?.Invoke(...) 作为事件调用示例，背景正是事件没有订阅者时委托引用可能为 null；直接调用 null 委托会落入空引用风险：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/operators/member-access-operators#null-conditional-operators--and-。 ↩︎

3. Microsoft 文档说明 null 条件运算符左侧最多只求值一次，并把 PropertyChanged?.Invoke(...) 描述为线程安全的委托调用方式；这支撑正文中“先判空再调用”在多线程退订下仍有竞态窗口的判断：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/operators/member-access-operators#null-conditional-operators--and-。 ↩︎

4. 传统局部变量写法的安全性来自先取得当前委托引用，再对该引用判空和调用；Microsoft 的 null 条件运算符文档将 ?.Invoke 与这种线程安全委托调用模式对应起来：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/operators/member-access-operators#null-conditional-operators--and-。 ↩︎

5. Microsoft 文档说明委托实例是不可变的；取得委托引用后，后续订阅或退订会产生新的委托引用，而不会修改已经取得的那个委托实例。这就是局部变量保存事件订阅快照的原因：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/operators/member-access-operators#null-conditional-operators--and-。 ↩︎

6. Microsoft Learn 的 member access operators 文档说明，?. 和 ?[] 只在左操作数非 null 时才访问成员或元素，否则返回 null；这是正文“非 null 执行右侧，为 null 跳过”的语言规则来源：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/operators/member-access-operators#null-conditional-operators--and-。 ↩︎

7. 同一份 Microsoft 文档明确说明 null 条件运算符的左操作数最多只求值一次；用于事件委托调用时，这一点让判空和调用共享同一个委托引用快照：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/operators/member-access-operators#null-conditional-operators--and-。 ↩︎

8. C# 语言规范的 delegates 章节规定，每个委托类型都有一个 Invoke 方法；委托调用列表中的条目会按顺序同步调用。因此 Updated?.Invoke(this, counter) 既使用了委托的类型安全调用入口，也保留了多播委托的同步调用语义：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/language-specification/delegates。 ↩︎

9. ?.Invoke 解决的是事件委托引用的空检查竞态，不等于完整事件并发模型；事件处理器内部状态、慢处理器、异常传播和已取得快照后的退订行为仍需要发布者额外定义策略：https://learn.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/programming-guide/events/。 ↩︎