问题描述
在编写异步代码时，我们经常会遇到这样的情况：使用 for 循环创建多个异步任务，期望每个任务处理循环中的不同值，但最终输出结果却与预期不符。
错误示例
csharp
internal class CommonTestCode
{
public static void Print()
{
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
Task.Run(() =>
{
DoTask(i);
});
}
}
private static void DoTask(int i)
{
Console.WriteLine(i);
}
}
internal class Program
{
private static void Main(string[] args)
{
CommonTestCode.Print();
Console.ReadLine();
}
}预期输出
我们期望看到 0-99 的无序数字输出。
实际输出
erlang
3
3
100
6
8
6
6
8
13
13
13
100
100
100
...大部分输出是 100，只有少量中间数字。
错误原因分析
1. 闭包捕获的是变量引用，而非当前值
在 C# 中，lambda 表达式（如 () => DoTask(i)）会捕获变量的引用，而不是循环当时变量的具体值。
2. for 循环变量的作用域
在 for 循环中，迭代变量 i 是在循环外部 声明的。这意味着所有异步任务共享同一个 i 的引用。
3. 异步任务执行时机滞后
Task.Run 会将任务放入线程池队列 等待执行，而 for 循环本身是同步执行的，速度非常快。当循环执行完成时（i 从 0 递增到 100），大部分异步任务可能还未开始执行。
当这些任务最终执行 DoTask(i) 时，它们访问的 i 引用指向的是循环结束后的值 100 ，因此会打印大量 100。
解决方案：捕获变量的副本
要解决这个问题，需要在循环内部创建一个局部变量副本，让每个异步任务捕获该副本的引用：
ini
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
int current = i; // 创建当前迭代的副本
Task.Run(() =>
{
DoTask(current); // 捕获副本，而非原始 i
});
}优化后输出
优化后，每个异步任务都会捕获独立的 current 变量，其值为循环当时 i 的具体值，最终会打印出 0-99 的无序数字。
原理总结
| 概念 | 描述 |
|---|---|
| 闭包 | 捕获外部变量的匿名函数或 lambda 表达式 |
| 变量捕获 | lambda 表达式捕获变量的引用，而非值 |
| 迭代变量作用域 | for 循环变量在循环外部声明，所有迭代共享 |
| 异步执行 | 线程池任务执行时机晚于同步循环完成 |
| 解决方案 | 在循环内部创建局部变量副本，让每个任务捕获独立副本 |
C# 5.0+ 的 foreach 优化
值得注意的是，C# 5.0 对 foreach 循环进行了优化，将迭代变量的作用域调整到了循环内部。因此，在 foreach 循环中使用 lambda 表达式时，无需手动创建副本：
scss
// C# 5.0+ 中，foreach 循环无需手动创建副本
foreach (var item in collection)
{
Task.Run(() => DoTask(item)); // 自动捕获当前迭代的 item 值
}但 for 循环仍保持原有行为，需要手动创建副本。
最佳实践
- 在
for循环中创建异步任务时，始终创建变量副本 - 了解闭包捕获的是引用，而非值
- 区分
for和foreach循环的变量作用域差异 - 使用 C# 7.0+ 的本地函数可以更清晰地处理变量捕获
本地函数优化方案
C# 7.0 引入了本地函数，可以更清晰地处理变量捕获：
scss
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
ProcessItem(i);
// 本地函数，自动捕获参数的副本
void ProcessItem(int current)
{
Task.Run(() => DoTask(current));
}
}结论
闭包变量捕获是 C# 中一个容易出错的特性，特别是在异步编程中。通过理解其工作原理，并采用正确的解决方案（创建变量副本），我们可以避免这类问题，写出更可靠的异步代码。
记住：在 for 循环中使用 lambda 表达式时，始终创建迭代变量的本地副本！