.NET 3.5SP1 64 位内存模型与 32 位内存模型

Question

据我了解，32 位机器上的 .NET 内存模型保证 32 位字写入和读取是原子操作，但对 64 位字不提供这种保证。我编写了一个快速工具来在 Windows XP 32 位操作系统上演示这种效果，并且得到的结果与该内存模型描述一致。

但是，我采用了同一工具的可执行文件并在 Windows 7 Enterprise 64 位操作系统上运行它，但得到了截然不同的结果。两台机器的规格相同，只是安装了不同的操作系统。我原本期望 .NET 内存模型能够保证在 64 位操作系统上对 32 位和 64 位字的写入和读取都是原子的。我发现结果与这两个假设完全相反。在此操作系统上，32 位读取和写入并未被证明是原子的。

有人可以向我解释为什么这在 64 位操作系统上失败吗？

工具代码：

using System;
using System.Threading;

namespace ConsoleApplication1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            var th = new Thread(new ThreadStart(RunThread));
            var th2 = new Thread(new ThreadStart(RunThread));
            int lastRecordedInt = 0;
            long lastRecordedLong = 0L;
            th.Start();
            th2.Start();
            while (!done)
            {
                int newIntValue = intValue;
                long newLongValue = longValue;
                if (lastRecordedInt > newIntValue) Console.WriteLine("BING(int)! {0} > {1}, {2}", lastRecordedInt, newIntValue, (lastRecordedInt - newIntValue));
                if (lastRecordedLong > newLongValue) Console.WriteLine("BING(long)! {0} > {1}, {2}", lastRecordedLong, newLongValue, (lastRecordedLong - newLongValue));
                lastRecordedInt = newIntValue;
                lastRecordedLong = newLongValue;
            }
            th.Join();
            th2.Join();
            Console.WriteLine("{0} =? {2}, {1} =? {3}", intValue, longValue, Int32.MaxValue / 2, (long)Int32.MaxValue + (Int32.MaxValue / 2));
        }

        private static long longValue = Int32.MaxValue;
        private static int intValue;
        private static bool done = false;

        static void RunThread()
        {
            for (int i = 0; i < Int32.MaxValue / 4; ++i)
            {
                ++longValue;
                ++intValue;
            }
            done = true;
        }
    }
}

Windows XP 32 位上的结果：

Windows XP 32-bit
Intel Core2 Duo P8700 @ 2.53GHz
BING(long)! 2161093208 > 2161092246, 962
BING(long)! 2162448397 > 2161273312, 1175085
BING(long)! 2270110050 > 2270109040, 1010
BING(long)! 2270115061 > 2270110059, 5002
BING(long)! 2558052223 > 2557528157, 524066
BING(long)! 2571660540 > 2571659563, 977
BING(long)! 2646433569 > 2646432557, 1012
BING(long)! 2660841714 > 2660840732, 982
BING(long)! 2661795522 > 2660841715, 953807
BING(long)! 2712855281 > 2712854239, 1042
BING(long)! 2737627472 > 2735210929, 2416543
1025780885 =? 1073741823, 3168207035 =? 3221225470

注意 BING(int) 从未被写入，并演示了 32 位读/写在此 32 位操作系统上是原子的。

Windows 7 Enterprise 64 位上的结果：

Windows 7 Enterprise 64-bit
Intel Core2 Duo P8700 @ 2.53GHz
BING(long)! 2208482159 > 2208121217, 360942
BING(int)! 280292777 > 279704627, 588150
BING(int)! 308158865 > 308131694, 27171
BING(long)! 2549116628 > 2548884894, 231734
BING(int)! 534815527 > 534708027, 107500
BING(int)! 545113548 > 544270063, 843485
BING(long)! 2710030799 > 2709941968, 88831
BING(int)! 668662394 > 667539649, 1122745
1006355562 =? 1073741823, 3154727581 =? 3221225470

请注意，BING(long) 和 BING(int) 均显示！为什么 32 位操作都失败，更不用说 64 位操作了？

Answer 1

在线程回调中，您所做的不仅仅是简单的写入或读取：

++longValue;
++intValue;

不能保证同时进行读取和写入是原子的。使用 Interlocked.Increment 确保原子性本次操作的。