如何在此模型中使用 volatile 关键字？

Question

我有一个数据类，其中包含大量数据（电视节目表数据）。 数据从一侧查询并从另一侧定期更新。 有两个线程：第一个线程根据请求查询数据，第二个线程定期更新数据。 为了防止锁定，我使用数据类的两个实例（副本）：实时实例和备份实例。 最初，两个实例都填充了相同的数据。第一个线程仅从活动实例中读取。 第二个线程定期更新两个实例，如下所示：

• 更新备份实例。
• 交换备份和活动实例（即备份实例变为活动实例）。
• 更新备份实例。
• 备份实例和实时实例现在都是最新的。

我的问题是：这里应该如何使用 volatile 关键字？

public class data
{
  // Lots of fields here.
  // Should these fields also be declared volatile?
}

我已经将参考文献设为易失性：

public volatile data live
public volatile data backup

Answer 1

我认为用 易失性 标记东西不会得到你想要的效果。考虑这段代码。

volatile data live;

void Thread1()
{

  if (live.Field1)
  {
    Console.WriteLine(live.Field1);
  }
}

在上面的示例中，如果第二个线程在第一个线程进入的时间之间交换了 live 和 backup 引用，则可以将 false 写入控制台。 if 并调用 Console.WriteLine。

如果您不关心这个问题，那么您真正需要做的就是将 live 变量标记为 易失性。您无需将 data 中的各个字段标记为 易失性。原因是因为易失性读取会创建获取栅栏内存屏障，易失性写入会创建释放栅栏内存屏障。这意味着当线程 2 交换引用时，对 data 的各个字段的所有写入都必须首先提交，并且当线程 1 想要读取 live 的各个字段时实例中，必须首先从主内存重新获取live变量。您无需将 backup 变量标记为 易失性，因为线程 1 从未使用过它。

Joe Albahari 电子书中的高级线程部分 详细介绍了 易失性 的语义，并且应该解释为什么您只需要来标记您的实时参考。

Answer 2

如果您打算在lock之外修改字段，或者不使用Interlocked，则应将字段声明为易失性。这是深入解释易失性的最佳文章：http://igoro.com/archive/volatile-keyword-in-c-memory-model-explained/

Answer 3

说实话，我只会锁定它。正确性更容易检查，并且无需备份。

根据您的计划，这些字段也必须是不稳定的。考虑一下这种情况：

public class Data
{
  public int SimpleInt;
}

为了简单起见，这里我们只有一个公共字段，这同样适用于更现实的结构。 （顺便说一句，类名的大写是 C# 中更常见的约定）。

现在考虑线程A所看到的live.SimpleInt。因为live可以被缓存，所以我们需要将其设置为易失性的。但是，请考虑一下，当对象与 backup 交换，然后交换回 live 时，live 将具有与其相同的内存位置之前做过（除非 GC 已移动它）。因此，live.SimpleInt 将具有与之前相同的内存位置，因此，如果它不是易失性的，则线程 A 可能正在使用 live.SimpleInt 的缓存版本。

但是，如果您创建了一个新的 Data 对象，而不是进行换入换出，则 live.SimpleInt 的新值将不会出现在线程的缓存中，并且它可以安全地保持非易失性。

考虑字段的字段也必须是易失性的这一点也很重要。

实际上，现在您只需要一个存储的 Data 对象。新的对象将被创建为仅由一个线程引用的对象（因此它不会被另一个线程损坏或对其造成损坏），并且其创建将基于从 live 读取的值，即同样安全，因为另一个线程只是读取（除非某些记忆技术，这意味着“读取”实际上是在幕后写入，读取不会损害其他读取，尽管它们可能会受到写入的损害）在仅对单个线程可见的情况下进行更改线程，因此只有最后的写入才需要担心同步，这确实应该安全，只有 volatile 或用于保护的 MemoryBarrier ，因为分配引用是原子的，并且因为您不再关心旧值。