为什么需要内存屏障？

Question

C# 4 in a Nutshell（强烈推荐顺便说一句）使用以下代码来演示 MemoryBarrier 的概念（假设 A 和 B 在不同的线程上运行）：

class Foo{
  int _answer;
  bool complete;
  void A(){
    _answer = 123;
    Thread.MemoryBarrier(); // Barrier 1
    _complete = true;
    Thread.MemoryBarrier(); // Barrier 2
  }
  void B(){
    Thread.MemoryBarrier(); // Barrier 3;
    if(_complete){
      Thread.MemoryBarrier(); // Barrier 4;
      Console.WriteLine(_answer);
    }
  }
}

他们提到了 Barriers 1 和 Barriers 2。 4 防止此示例写入 0 和 Barriers 2 & 3 提供新鲜度保证：它们确保如果 B 在 A 之后运行，则读取 _complete 将评估为 true。

我不太明白。我想我明白为什么障碍 1 和障碍 2 4 是必要的：我们不希望对 _answer 的写入进行优化并将其放置在对 _complete 的写入之后（障碍 1），并且我们需要确保 >_answer 未缓存（障碍 4）。我还认为我理解为什么屏障 3 是必要的：如果 A 在写入 _complete = true 之后运行，B 仍然需要刷新 _complete 才能读取正确的值。

我不明白为什么我们需要屏障 2！我的部分想法是，这是因为线程 2（运行 B）可能已经运行到（但不包括）if(_complete)，因此我们需要确保刷新 _complete 。

但是，我不明白这有什么帮助。是否仍然有可能在 A 中将 _complete 设置为 true，但 B 方法却会看到 _complete 的缓存（假）版本？即，如果线程 2 运行方法 B 直到第一个 MemoryBarrier 之后，然后线程 1 运行方法 A 直到 _complete = true 但不再继续，然后线程 1 恢复并测试 if(_complete)< /strong> -- if 不会导致 false 吗？

Answer 1

障碍 #2 确保对 _complete 的写入立即提交。否则，它可能会保持在排队状态，这意味着读取 B 中的 _complete 将看不到 A 引起的更改，即使 B有效地使用了易失性读取。

当然，这个例子并没有完全解决这个问题，因为 A 在写入 _complete 后什么也不做，这意味着由于线程终止，无论如何都会立即提交写入早期的。

对于 if 是否仍然可以计算为 false 的问题，答案是肯定的，原因正是您所说的。但是，请注意作者关于这一点的说法。

障碍 1 和 4 阻止了此示例
从写“0”开始。障碍 2 和 3
提供新鲜度保证：他们
确保如果 B 在 A 之后跑，读取
_complete 将评估为 true。

强调“如果B追赶A”是我的。这当然可能是两个线程交叉的情况。但是，作者忽略了这种情况，大概是为了让他关于 Thread.MemoryBarrier 如何工作的观点变得更简单。

顺便说一句，我很难在我的机器上设计一个示例，其中障碍#1和#2会改变程序的行为。这是因为在我的环境中，有关写入的内存模型很强。也许，如果我有一台多处理器机器，正在使用 Mono，或者有其他一些不同的设置，我就可以演示它。当然，很容易证明消除第 3 条和第 4 条障碍会产生影响。

Answer 2

该示例不清楚有两个原因：

1. 它太简单，无法完全显示栅栏发生的情况。
2. Albahari 包括对非 x86 架构的要求。请参阅 MSDN ：“仅在内存排序较弱的多处理器系统上才需要 MemoryBarrier（例如，采用多个 Intel Itanium 处理器的系统 [Microsoft 不再支持]）。”。

如果您考虑以下内容，就会变得更清楚：

1. 内存屏障（此处为全屏障 - .Net 不提供半屏障）可防止读/写指令跳过栅栏（由于各种优化）。这保证了栅栏之后的代码将在栅栏之前的代码之后执行。
2. “这种序列化操作保证在 MFENCE 指令之后的任何加载或存储指令全局可见之前，按程序顺序位于 MFENCE 指令之前的每个加载和存储指令都是全局可见的。”请参阅此处。
3. x86 CPU 具有强大的内存模型，并保证写入对所有线程/核心都一致（因此在 x86 上不需要屏障 #2 和 #3）。但是，我们不能保证读取和写入将保持编码顺序，因此需要屏障 #1 和 #4。
4. 内存屏障效率低下，不需要使用（请参阅同一篇 MSDN 文章）。我个人使用Interlocked和易失性（确保你知道如何正确使用它！！），它们工作高效且易于理解。

诗。 本文解释了内部工作原理x86 的很好。