在标志字段上使用 volatile 关键字答案

【问题标题】：Use of volatile keyword on the flag field在标志字段上使用 volatile 关键字
【发布时间】：2017-11-15 13:44:00
【问题描述】：

我尝试了解 volatile 在多线程上下文中的使用。以下代码来自网上another source of knowledge：

class Program
{
    static string _result;
    //static volatile bool _done;
    static bool _done;

    static void SetVolatile()
    {
        // Set the string.
        _result = "Dot Net Perls";
        // The volatile field must be set at the end of this method.
        _done = true;
    }

    static void Main()
    {
        // Run the above method on a new thread.
        new Thread(new ThreadStart(SetVolatile)).Start();

        // Wait a while.
        Thread.Sleep(200);

        // Read the volatile field.
        if (_done)
        {
            Console.WriteLine(_result);
        }
    }
}

volatile 关键字的演示使用应该可以防止线程读取存储在缓存中的值。而不是这个，它应该检查一个实际值。

因此，如果没有 volatile 的 _done 应该仍然有一个 false 值（从缓存中读取）并且不应执行 Console.WriteLine 语句。

不幸的是，在没有 volatile 关键字的调试/发布模式下运行此代码总是会产生输出。这个特定示例的意义何在？

【问题讨论】：

如果没有 volatile，编译器（静态和 JIT）可能优化读取，使赋值永远不会被看到，如果你严格阅读标准。但它不是必需，事实上，我认为.NET（过去或现在）的任何 JIT 编译器实际上都不会这样做，至少不是这种特定情况，不是在 x86/x64 .
如果你想了解这些东西，那么开始阅读一些serious stuff也许吧？
"在我们开始之前，请注意这个例子并不理想，因为它在没有 volatile 修饰符的情况下也能正常工作。它仅用于说明 volatile 关键字的概念，而不是提供一个真实的例子” - 来自internet。
请参阅this answer 以了解使用volatile 实际上确实会产生影响的示例。

标签： c# multithreading volatile

【解决方案1】：

如前所述，不使用volatile 关键字并不意味着在所有情况下都需要缓存所有读取。它们可能被缓存，也可能不被缓存。但如果你想要更多可重现的例子，试试这个：

class Program {
    static string _result;
    //static volatile bool _done;
    static bool _done;
    static void SetVolatile() {
        // Set the string.
        _result = "Dot Net Perls";
        // The volatile field must be set at the end of this method.
        _done = true;
    }

    static void Main() {
        // Run the above method on a new thread.
        new Thread(new ThreadStart(SetVolatile)).Start();

        // prevent compiler to throw away empty while loop
        // by doing something in it
        int i = 0;
        while (!_done) {
            i++;
        }
        Console.WriteLine("done " + i);
    }
}

在这里，您在 while 循环中反复读取 _done，增加了它被缓存的可能性。程序应该以“done”消息终止，但不会，因为不会注意到从另一个线程更改为 _done。

【讨论】：

【解决方案2】：

最好阅读 ECMA-335, §I.12.6
要点是：

程序可以优化（很多）
将 CIL 转换为本机代码的优化编译器不应删除任何易失性操作，也不应将多个易失性操作合并为单个操作

因此，在这种情况下，您的代码可以进行优化。
试试下面的代码：

private bool flag = true;
public void LoopReadHoistingTest()
{
    Task.Run(() => { flag = false; });
    while (flag)
    {
      // Do nothing
    }
}

在 Debug 模式下（没有优化）它可以正常工作。在 Release 模式（带有优化）下，它将永远挂起，因为将读取移出循环是很常见的优化。
但是，如果您将字段标记为 volatile（或使用 Volatile.Read 方法或某些 Interlocked 方法），它将起作用，因为在这种情况下禁止优化。

在您的示例中（没有循环），Thread.Sleep 设置了一个隐式内存屏障（因为它不被禁止，并且它使代码的工作意外更少），因此它将从内存中读取值。但我没有看到任何规范说它必须做一个隐式内存屏障，所以在某些实现中它可能不是真的（或者我们必须在规范中找到它）。

【讨论】：