C# 内存模型和非易失性变量在其他线程创建之前初始化

Question

我有一个与 C# 内存模型和线程相关的问题。我不确定以下代码在没有 volatile 关键字的情况下是否正确。

public class A {
  private int variableA = 0;

  public A() {

    variableA = 1;

    Thread B = new Thread(new ThreadStart(() => printA())).Start();
  }

  private void printA() {
    System.Console.WriteLine(variableA);
  }
}

我担心的是，是否可以保证线程 B 在不使用易失性的情况下看到值为 1 的变量 A？在主线程中，我只在构造函数中将 1 分配给变量 A。之后我不再接触变量A，它仅在线程B中使用，因此锁定可能不是必需的。

但是，是否可以保证主线程将刷新其缓存并将variableA内容写入主内存，以便第二个线程可以读取新分配的值？

另外，是否保证第二个线程将从主存中读取variableA的内容？是否可能发生一些编译器优化，线程 B 可以从缓存而不是主内存中读取变量 A 的内容？当指令的顺序改变时，可能会发生这种情况。

当然，将易失性添加到variableA声明将使代码正确。但是，有必要吗？我这样问是因为我在构造函数中编写了一些带有一些非易失性变量初始化的代码，并且这些变量稍后被一些计时器线程使用，我不确定它是否完全正确。

同样的代码在 Java 中怎么样？

谢谢，米哈尔

Answer 1

有很多地方会产生隐式记忆障碍。这是其中之一。启动线程会创建完整的屏障。因此，对 variableA 的写入将在线程启动之前提交，并且将从主内存获取第一次读取。当然，在 Microsoft 的 CLR 实现中，这有点没有实际意义，因为写入已经具有易失性语义。但 ECMA 规范中没有提供相同的保证，因此从理论上讲，Mono 实现在这方面可能会有不同的行为。

我关心的是是否能保证
线程 B 将看到变量 A
值1而不使用易失性？

在这种情况下……是的。但是，如果您继续在第二个线程中使用 variableA，则在第一次读取后无法保证它将看到更新。

但是，是否可以保证主要
线程将刷新他的缓存并写入
变量A的内容到main
内存，因此第二个线程可以读取
新分配的值？

是的。

此外，是否可以保证
第二个线程将读取
main 中的变量A 内容
内存？

是的，但仅限于第一次阅读时。

当然，向
变量声明将使
代码正确。但是，有必要吗？

在这个非常具体和狭窄的情况下......不。但是，一般来说，建议您在这些场景中使用 volatile 关键字。当场景变得更加复杂时，它不仅会使您的代码线程安全，而且还有助于记录该字段将被多个线程使用这一事实，并且您已经考虑了使用锁的含义 -自由策略。

Answer 2

Java 中的相同代码绝对没问题——新线程的创建实际上充当了一种屏障。 （程序文本中早于线程创建的所有操作都“发生在”新线程启动之前。）

但是，我不知道 .NET 中对于新线程创建有何保证。更令人担忧的是使用 Control.BeginInvoke 等时可能会出现延迟读取......我还没有看到针对这些情况的内存屏障的任何保证。

说实话，我怀疑没问题。我怀疑任何需要在像这样的线程之间进行协调的事情（无论是创建一个新线程还是编组对现有线程的调用）都将在所涉及的两个线程上使用完整的内存屏障。然而，你的担心是绝对正确的，我希望你能从比我更聪明的人那里得到更明确的答案。您可能想给 Joe Duffy 发电子邮件以了解他对此的看法......

Answer 3

但是，是否保证主线程会刷新他的缓存并将variableA内容写入主内存，

是的，这是由MS CLR内存模型保证的。对于 CLI 的其他实现则不一定如此（即，我不确定 Mono）。 ECMA 标准不要求它。

所以第二个线程可以读取新分配的值？

这需要刷新缓存。它可能是通过线程的创建来保证的（就像 Jon Skeet 所说）。然而，前一点并不能保证这一点。缓存会在每次写入时刷新，但不会在每次读取时刷新。

您可以使用 VolatileRead(ref variableA) 来确保这一点，但建议 (Jeffrey Richter) 使用 Interlocked 类。请注意，VolatileWrite() 在 MS.NET 中是多余的。