在 C# 中访问简单的布尔标志时，是否需要锁定或标记为 volatile？

Question

假设您有一个在后台线程上运行的简单操作。您想提供一种取消此操作的方法，因此您可以创建一个布尔标志，将其从取消按钮的单击事件处理程序中设置为 true。

private bool _cancelled;

private void CancelButton_Click(Object sender ClickEventArgs e)
{
    _cancelled = true;
}

现在您正在从 GUI 线程设置取消标志，但您正在从后台线程读取它。访问布尔之前需要加锁吗？

您是否需要这样做（显然也要锁定按钮单击事件处理程序）：

while(operationNotComplete)
{
    // Do complex operation

    lock(_lockObject)
    {
        if(_cancelled)
        {
            break;
        }
    }
}

或者是否可以这样做（没有锁）：

while(!_cancelled & operationNotComplete)
{
    // Do complex operation
}

或者如何将 _cancelled 变量标记为 volatile。有必要吗？

[我知道有一个BackgroundWorker类，它内置了CancelAsync()方法，但我对这里的锁定和线程变量访问的语义和使用感兴趣，而不是具体的实现，代码只是一个例子。]

似乎有两种理论。

1) 因为它是一个简单的内置类型（并且对内置类型的访问在 .net 中是原子的）并且因为我们只在一个地方写入它并且只在后台线程上读取，所以不需要锁定或标记易挥发。
2）您应该将其标记为 volatile，因为如果您不这样做，编译器可能会优化 while 循环中的读取，因为它认为它无法修改该值。

哪种方法是正确的？ （为什么？）

[编辑：在这方面似乎有两种明确定义和对立的思想流派。我正在寻找一个明确的答案，所以如果可能的话，请发表你的理由，并在你的答案中引用你的来源。]

Answer 1

首先，线程很棘手；-p

是的，尽管有所有相反的谣言，要么使用lock 或 volatile（但不是两者）从多个线程访问 bool 时。

对于简单类型和访问，例如退出标志 (bool)，volatile 就足够了 - 这确保线程不会将值缓存在其寄存器中（意思是：其中一个线程永远不会看到更新） .

对于较大的值（原子性是一个问题），或者您想要同步操作的序列（典型示例是“如果不存在并添加”字典访问），@987654327 @ 更通用。这充当了内存屏障，因此仍然为您提供线程安全，但提供其他功能，例如脉冲/等待。请注意，您不应在值类型或 string 上使用 lock；也不是Type 或this；最好的选择是将您自己的锁定对象作为字段 (readonly object syncLock = new object();) 并锁定它。

举个例子，如果你不同步，它会破坏多严重（即永远循环） - see here。

要跨越多个程序，像 Mutex 或 *ResetEvent 这样的操作系统原语也可能有用，但对于单个 exe 来说这有点过头了。

Answer 2

_cancelled 必须是 volatile。 （如果你不选择锁定）

如果一个线程改变了_cancelled的值，其他线程可能看不到更新的结果。

另外，我认为_cancelled 的读/写操作是原子的：

CLI 规范的第 12.6.6 节指出： “符合标准的 CLI 应保证 正确的读写权限 对齐的内存位置不大于 比原生字长是原子的 当所有的写访问 位置大小相同。”

Answer 3

锁定不是必需的，因为您只有一个编写器场景，并且布尔字段是一个简单的结构，没有破坏状态的风险 (while it was possible to get a boolean value that is neither false nor true)。但是您必须将该字段标记为volatile 以防止编译器进行一些优化。如果没有volatile 修饰符，编译器可以在工作线程上执行循环期间将值缓存在寄存器中，并且循环将永远不会识别更改的值。这篇 MSDN 文章 (How to: Create and Terminate Threads (C# Programming Guide)) 解决了这个问题。 虽然需要锁定，但锁定与标记字段 volatile 的效果相同。

Answer 4

对于线程同步，建议您使用EventWaitHandle 类之一，例如ManualResetEvent。虽然在这里使用一个简单的布尔标志稍微简单一些（是的，您希望将其标记为volatile），但IMO 最好开始使用线程工具。为了你的目的，你会做这样的事情......

private System.Threading.ManualResetEvent threadStop;

void StartThread()
{
    // do your setup

    // instantiate it unset
    threadStop = new System.Threading.ManualResetEvent(false); 

    // start the thread
}

在你的帖子里..

while(!threadStop.WaitOne(0) && !operationComplete)
{
    // work
}

然后在GUI中取消...

threadStop.Set();

Answer 5

查找Interlocked.Exchange()。它会非常快速地复制到可用于比较的局部变量中。它比 lock() 更快。