Interlocked 是不是在所有线程中提供可见性？

Posted 2023-02-21

【中文标题】Interlocked 是不是在所有线程中提供可见性？

【英文标题】：Does Interlocked provide visibility in all threads?Interlocked 是否在所有线程中提供可见性？

【发布时间】：2010-10-05 17:40:09

【问题描述】：

假设我有一个变量“counter”，并且有多个线程使用 Interlocked 访问和设置“counter”的值，即：

int value = Interlocked.Increment(ref counter);

和

int value = Interlocked.Decrement(ref counter);

我可以假设，Interlocked 所做的更改将在所有线程中可见吗？

如果没有，我应该怎么做才能让所有线程同步变量？

编辑：有人建议我使用 volatile。但是当我将“计数器”设置为 volatile 时，会出现编译器警告“对 volatile 字段的引用不会被视为 volatile”。

当我阅读在线帮助时，它说“通常不应使用 ref 或 out 参数传递 volatile 字段”。

【问题讨论】：

是的，互锁递增/递减（在 x86 和 IA-64 上）自动提供所有线程的可见性，因为它具有隐式内存屏障。挥发性不是必需的（尽管它不是非法的）。

【参考方案1】：

我可以假设，Interlocked 所做的更改将在所有线程中可见吗？

这取决于您如何读取该值。如果您“只是”阅读它，那么不，除非您将其标记为易失性，否则它不会在其他线程中始终可见。不过，这会导致令人讨厌的警告。

作为替代方案（也是 IMO 的首选），请使用另一个 Interlocked 指令读取它。这将始终在所有线程上看到更新的值：

int readvalue = Interlocked.CompareExchange(ref counter, 0, 0);

返回读取的值，如果为 0，则将其与 0 交换。

动机：警告暗示某事不正确；将这两种技术（易失性和互锁性）结合起来并不是这样做的预期方式。

更新：似乎另一种不使用“易失性”的可靠 32 位读取的方法是使用 Thread.VolatileRead，正如 this answer 中所建议的那样。还有一些证据表明我完全错误地将 Interlocked 用于 32 位读取，例如 this Connect issue，尽管我想知道这种区别本质上是否有点迂腐。

我真正的意思是：不要将此答案用作您的唯一来源；我对此表示怀疑。

【参考方案2】：

x86 CPU 上的 InterlockedIncrement/Decrement（x86 的加锁/减锁）会自动创建 内存屏障，这让所有线程都可以看到（即，所有线程都可以按顺序看到其更新，如顺序内存一致性）。内存屏障使所有待处理的内存加载/存储完成。 volatile 与这个问题无关，尽管 C# 和 Java（以及一些 C/C++ 编译器）强制使用 volatile 来制造内存屏障。但是，联锁操作已经有 CPU 的内存屏障。

还请查看 *** 中的 my another answer。

请注意，我假设 C# 的 InterlockedIncrement/Decrement 是到 x86 的锁加/减的内在映射。

【讨论】：

仅硬件可见性不足以暗示“程序”可见性。

【参考方案3】：

实际上，它们不是。如果您想安全地修改counter，那么您做的是正确的事情。但是如果你想直接阅读counter，你需要将它声明为volatile。否则，编译器没有理由相信 counter 会改变，因为 Interlocked 操作在它可能看不到的代码中。

【讨论】：

这是正确的，尽管volatile 不是唯一可用的方法。 Volatile.Read 可能更合适。

【参考方案4】：

Interlocked 确保一次只有 1 个线程可以更新值。为了确保其他线程可以读取正确的值（而不是缓存值），请将其标记为 volatile。

public volatile int 计数器；

【讨论】：

当我标记为 volatile 时，有编译器警告。 “对 volatile 字段的引用不会被视为 volatile”。

忽略这种情况下的警告：***.com/questions/425132/…

显然，如果您使用 Interlocked，则不需要 Volatile，但如果您在不使用 Interlocked 的情况下进行修改，则需要。

只是为了澄清。如果您要在不获取锁的情况下读取它们，请将它们标记为易失性。使用 Interlocked.Increment 来同步更新，或者在某些东西上使用 lock()。您收到的有关“ref 不被视为 volatile”的警告是通用的，在 Interlocked 的情况下可以忽略。

恐怕这不是正确的答案。任何其他线程都可以看到互锁操作。它对所有线程都有可见性。挥发性不是必需的。如果我错了，请纠正我。

【参考方案5】：

没有； Interlocked-at-Write-Only 单独不确保代码中的变量读取实际上是新鲜的； 程序也不能正确地从字段中读取 即使在“强内存模型”下，也可能不是线程安全的。这适用于任何形式的分配给线程之间共享的字段。

这是一个永远不会因 JIT 而终止的代码示例。 （它从 Memory Barriers in .NET 修改为针对问题更新的可运行 LINQPad 程序）。

// Run this as a LINQPad program in "Release Mode".
// ~ It will never terminate on .NET 4.5.2 / x64. ~
// The program will terminate in "Debug Mode" and may terminate
// in other CLR runtimes and architecture targets.
class X 
    // Adding volatile would 'fix the problem', as it prevents the JIT
    // optimization that results in the non-terminating code.
    public int terminate = 0;
    public int y;

    public void Run() 
        var r = new ManualResetEvent(false);
        var t = new Thread(() => 
            int x = 0;
            r.Set();
            // Using Volatile.Read or otherwise establishing
            // an Acquire Barrier would disable the 'bad' optimization.
            while(terminate == 0)x = x * 2;
            y = x;
        );

        t.Start();
        r.WaitOne();
        Interlocked.Increment(ref terminate);
        t.Join();
        Console.WriteLine("Done: " + y);
    


void Main()

    new X().Run();

来自Memory Barriers in .NET的解释：

这次是 JIT，而不是硬件。 很明显，JIT 已经缓存了变量 terminate [在 EAX 寄存器中的值，并且] 程序现在卡在上面突出显示的循环中。 .

在 while 循环中使用 lock 或添加 Thread.MemoryBarrier 都可以解决问题。或者你甚至可以使用Volatile.Read [或volatile 字段]。 这里内存屏障的目的只是为了抑制 JIT 优化。 现在我们已经了解了软件和硬件如何重新排序内存操作，是时候讨论内存屏障了..

也就是说，在读取端需要一个额外的 barrier 构造，以防止编译和 JIT 重新排序/优化出现问题：这是与内存一致性不同的问题！

在此处添加volatile 将阻止 JIT 优化，从而“解决问题”，即使这样会导致警告。也可以通过使用Volatile.Read 或导致障碍的各种其他操作之一来纠正此程序：这些障碍与底层硬件内存栅栏一样是 CLR/JIT 程序正确性的一部分。