C# 中的 Volatile 和 Thread.MemoryBarrier

Question

为了实现多线程应用程序的无锁代码，我使用了易失性变量， 理论上：易失性关键字只是用来确保所有线程都能看到易失性变量的最新值；因此，如果线程 A 更新变量值，并且线程 B 在更新发生后立即读取该变量，它将看到最近从线程 A 写入的最新值。 正如我在C# 4.0 in a Nutshell一书中读到的那样 这是不正确因为

应用易失性并不会阻止先写后读的交换。

是否可以通过在每次获取 volatile 变量之前放置 Thread.MemoryBarrier() 来解决此问题，例如：

private volatile bool _foo = false;

private void A()
{
    //…
    Thread.MemoryBarrier();
    if (_foo)
    {
        //do somthing
    }
}

private void B()
{
    //…
    _foo = true;
    //…
}

如果这解决了问题；考虑我们有一个 while 循环，它依赖于其条件之一的该值；将 Thread.MemoryBarrier() 放在 while 循环之前是解决问题的正确方法吗？例如：

private void A()
{
    Thread.MemoryBarrier();
    while (_someOtherConditions && _foo)
    {
        // do somthing.
    }
}

为了更准确，我希望 _foo 变量在任何线程随时请求时提供最新的值；因此，如果在调用变量之前插入 Thread.MemoryBarrier() 可以解决问题，那么我可以使用 Foo 属性而不是 _foo 并执行 Thread.MemoryBarrier() 在该属性的获取中，例如：

Foo
{
    get 
    {
        Thread.MemoryBarrier();
        return _foo;
    }
    set
    {
        _foo = value;
    }
}

Answer 1

“C# In a Nutshell”是正确的，但它的说法没有实际意义。为什么？

• 一个“读”（没有“易失性”），无论如何都会保证按程序顺序发生如果它影响单个线程中的逻辑
• 一个“写”后跟 在您的示例中担心多线程程序完全没有意义。

让我们澄清一下。拿你的原始代码来说：

private void A() 
{ 
    //… 
    if (_foo) 
    { 
        //do something 
    } 
}

如果线程调度程序已经检查了 _foo 变量，但它在 //do some 注释之前被挂起，会发生什么？好吧，此时您的其他线程可能会更改 _foo 的值，这意味着您所有的 volatile 和 Thread.MemoryBarriers 都毫无意义！如果 _foo 的值为 false 时绝对必须避免 do_something，那么您别无选择，只能使用锁。

但是，如果当 _foo 突然变为 false 时，可以执行 do some ，那么这意味着 volatile 关键字足以满足您的需求。

需要明确的是：所有告诉您使用记忆屏障的响应者都是不正确的或提供了过度杀伤力。

Answer 2

这本书正确。
CLR 的内存模型表明加载和存储操作可以重新排序。这适用于易失性和非易失性变量。

将变量声明为易失性仅意味着加载操作将具有获取语义，而存储操作将具有释放语义。此外，编译器将避免执行某些优化，这些优化依赖于以序列化、单线程方式访问变量的事实（例如，将加载/存储提升到循环之外）。

单独使用 volatile 关键字不会创建临界区，也不会导致线程神奇地相互同步。

当您编写无锁代码时，您应该极其小心。这并不简单，即使是专家也很难做到正确。
无论您试图解决的原始问题是什么，很可能有一种更合理的方法来解决它。

Answer 3

在第二个示例中，您还需要在循环内放置一个 Thread.MemoryBarrier(); ，以确保每次检查循环条件时都能获得最新值。

Answer 4

从此处提取...

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);
    }
  }
}

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，则读取
_complete 将评估为 true。

因此，如果我们回到您的循环示例...它应该是这样的...

private void A()
{
    Thread.MemoryBarrier();
    while (_someOtherConditions && _foo)
    {
        //do somthing
        Thread.MemoryBarrier();
    }
}

Answer 5

微软自己关于内存屏障的说法是：

仅在具有弱内存排序的多处理器系统（例如，采用多个 Intel Itanium 处理器的系统）上才需要 MemoryBarrier。

对于大多数用途，C# lock 语句、Visual Basic SyncLock 语句或 Monitor 类提供了更简单的数据同步方法。