对 Volatile.Read/Write 的理解

Posted 2023-02-16

【中文标题】对 Volatile.Read/Write 的理解

【英文标题】：understanding of Volatile.Read/Write

【发布时间】：2014-08-10 00:29:57

【问题描述】：

我正在尝试理解 C# Volatile 类。

如我所见：

Volatile.Write 方法强制写入 location 中的值 到通话点。此外，任何早期的程序顺序 加载和存储必须在调用 Volatile.Write 之前发生。

Volatile.Read 方法强制读取位置中的值 在通话点。此外，任何以后的程序顺序加载 并且存储必须在调用 Volatile.Read 之后发生。

这是否意味着在以下情况下：

internal sealed class ThreadsSharingData     
    private Int32 m_flag = 0;
    private Int32 m_value = 0;
    // This method is executed by one thread
    public void Thread1()         
        // Note: 5 must be written to m_value before 1 is written to m_flag
        m_value = 5;
        Volatile.Write(ref m_flag, 1);        
    

    // This method is executed by another thread
    public void Thread2()         
        // Note: m_value must be read after m_flag is read
        if (Volatile.Read(ref m_flag) == 1)
        Console.WriteLine(m_value);        
        

cpu 会等待Volatile.Write(ref m_flag, 1); 之前的命令，然后再开始写入m_flag？

这对线程同步有何帮助？

【问题讨论】：

它仅与内存模型较弱的处理器相关，即获取和释放语义很重要的处理器。除了ARM内核之外，剩下的很少。它不是正确同步的替代品，编写没有同步的线程安全代码是一个非常先进的概念。否则，this question 已经很好地涵盖了。

【参考方案1】：

cpu 将等待 Volatile.Write(ref m_flag, 1); 之前的命令在开始写入 m_flag 之前？

哎呀，有点。更好的表达方式是：可以保证，如果任何其他线程看到 m_flag 设置为 1，他们也会看到 m_value 设置为 5。

这对线程同步有何帮助？

我不会说它有助于同步 - 但它确实有助于实现正确性。

如果您不使用 volatile 读取/写入，编译器/运行时/cpu 可能会重新排序 Thread1 方法中的两条指令，并且程序将能够打印 0、5 或什么都没有。

使用易失性读/写，程序将打印 5 或根本不打印，但从不 0。这是预期的行为。

【参考方案2】：

这对线程同步有何帮助？

从设置命令执行顺序的意义上说，它无助于线程同步。它使您可以确保并发线程以特定顺序观察内存中值的更改，以防特定顺序对您的程序逻辑很重要。

[是否] CPU 在开始写入m_flag 之前等待Volatile.Write(ref m_flag, 1); 之前的命令？

不，写入m_value 的命令已经执行。但是，它的结果可能在 CPU 内核之外不可见 - 特别是，运行在不同内核上的线程可能会从 m_value 读取旧值 在向其写入 5 的命令之后执行完毕。这是因为新值可能在 CPU 的缓存中，而不是在内存中。

如果你写

m_value = 5;
m_flag = 1;

而不是Volatile.Write(ref m_flag, 1)，另一个核心可能会以不同的顺序看到写入：首先它会看到m_flag变成1，然后它会看到m_value变成5。如果你的其他线程使用m_flag的值来判断m_value的有效性，那么逻辑可能会被破坏：例如Thread2可能偶尔会打印零。