C#/.NET 中不可重置的“标志”线程是不是安全？

Posted 2023-04-19

【中文标题】C#/.NET 中不可重置的“标志”线程是不是安全？

【英文标题】：Are unresettable "flags" threadsafe in C#/.NET?C#/.NET 中不可重置的“标志”线程是否安全？

【发布时间】：2013-05-09 13:12:56

【问题描述】：

（注意：我已经问过这个问题，但答案是针对 Java 的，所以我对 C# 和 .NET 框架提出了同样的问题。它不是重复的。）

我使用这种模式已经有一段时间了，但直到最近我才开始认为这样做可能不太好。基本上，我使用了这种模式的一些变体：

public class SampleAsync

    public SampleAsync()  

    private bool completed;
    public void Start()
    
        var worker = new BackgroundWorker();
        worker.DoWork += (sender, e) => 
            //... do something on a different thread
            completed = true;
        ;
        worker.RunWorkerAsync();
    

    public void Update()
    
        if (!completed) return;
        //... do something else
    

*用户负责确保Start 只被调用一次。随时随地调用Update。

我一直认为这在 C#/.NET 框架中是线程安全的，因为即使没有严格同步，我也只将 completed 设置为 true。一旦观察到它是true，它就不会重置为false。它在构造函数中被初始化为 false，根据定义，它是线程安全的（除非你在其中做了一些愚蠢的事情）。那么，以这种方式使用不可重置标志是线程安全的吗？ （如果是这样，它甚至会提供任何性能优势吗？）

谢谢

【问题讨论】：

在 C# 和 Java 中？否则它是线程安全的吗？

“一旦它被观察到是真实的”是如果你不使用volatile可能永远不会发生的位。

为什么不直接使用后台worker的IsBusy属性来判断是否完成呢？我想他们确保可以从任何线程安全地访问它。

@Servy 我并没有真正询问BackgroundWorker - 这只是为了演示。关键是completed 设置在不同的线程中，不一定在线程生命周期结束时。

@aboveyou00 我的意思是，这就是为什么存在诸如BackgroundWorker 之类的类的原因；帮助管理来自最常见用例的线程之间的同步。你应该学会利用它。

【参考方案1】：

它严重依赖于目标架构。英特尔处理器具有强大的内存模型，因此您倾向于使用这样的代码。但是，抖动很可能会搞砸你。例如，x86 抖动倾向于将变量存储在 cpu 寄存器中，尤其是当 if() 语句出现在紧密循环中时。并且仅在发布版本中这样做，令人敬畏的调试噩梦。声明变量 volatile 是一种创可贴。 x64 抖动不需要，至少在当前版本中是这样。但创可贴往往无法阻止内存模型较弱的处理器（如 ARM 和安腾）的流血。他们当然不保证变量的更新状​​态很快就会在另一个线程中可见。线程调度程序倾向于刷新 cpu 缓存。最终。

没有正确执行此操作是没有意义的。使用适当的同步对象，例如 AutoResetEvent。如果您担心循环，或者 Interlocked.CompareExchange()。

【讨论】：

volatile 是否保证该字段直接存储并始终从内存中重新加载？ （这两个属性都是必需的）。我不清楚 volatile 实际上提供了什么保证。

@usr：您还需要另一个属性——它不是早期编写的或推测性的。

+1 你的最后一段完美地总结了它。您不必询问某些东西是否是线程安全的。使用同步对象并知道。

【参考方案2】：

您的代码是线程安全的，因为bool 是原子类型。

MSDN：

以下数据类型的读写是原子的：bool、char、 byte、sbyte、short、ushort、uint、int、float 和引用类型。在 此外，读取和写入具有基础类型的枚举类型 前面的列表也是原子的。其他类型的读写， 包括long、ulong、double和decimal，以及用户自定义 类型，不保证是原子的。除了图书馆 为此目的而设计的功能，不能保证原子性 read-modify-write，比如递增或递减的情况。

见：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/aa691278(v=vs.71).aspx

请用volatile标记您的字段：

 private volatile bool completed;

MSDN：

volatile关键字表示一个字段可以在 通过诸如操作系统、硬件或 并发执行线程。

见：http://msdn.microsoft.com/en-us/library/x13ttww7(v=vs.71).aspx

【讨论】：

...但如果您使用[FieldOffset] 或[StructLayout] 明确对齐字段，则所有赌注都将失败。见this question。

这是否保证对该字段的写入会传播到其他线程？我不这么认为。该值可能已注册。

对completed 的写入本身可能是原子的且“安全”的，但如果Update 将completed 的值缓存在寄存器中（或做其他具有相同效果的转换）。

@usr：你是对的。这就是程序员应该使用volatile 来防止缓存的原因。

@virtlink：这不是 100% 正确的。所有布尔值True 都是相同的：它们都按位等于 new Int32(1)。否则，当使用 Object.Equals 时，来自 VB.NET 库的 True 将不等于来自 C#.Library 的 True。我只是尝试了一个具有显式布局的结构，该结构具有一个 bool 和一个 int 相互重叠。所以OP实际上仍在修改一位。但是...如果您是对的，如果布尔值中的任何位被设置为两次写入操作的一部分，Update 方法仍然会收到正确的信号。