C# 中的易失性和 Thread.MemoryBarrier

Question

要为多线程应用程序实现无锁代码，我使用了volatile 变量， 理论上：volatile 关键字只是用来确保所有线程都能看到 volatile 变量的最新值；因此，如果线程A 更新变量值并且线程B 在更新发生后读取该变量，它将看到最近从线程 A 写入的最新值。 正如我在 C# 4.0 in a Nutshell 一书中读到的那样 这是不正确，因为

应用 volatile 不会阻止交换写入后读取。

是否可以通过在每次获取 volatile 变量之前添加 Thread.MemoryBarrier() 来解决此问题，例如：

private volatile bool _foo = false;

private void A()
{
    //…
    Thread.MemoryBarrier();
    if (_foo)
    {
        //do somthing
    }
}

private void B()
{
    //…
    _foo = true;
    //…
}

如果这样可以解决问题；考虑我们有一个 while 循环，该循环在其条件之一处依赖于该值；将Thread.MemoryBarrier() 放在while 循环之前是解决问题的正确方法吗？示例：

private void A()
{
    Thread.MemoryBarrier();
    while (_someOtherConditions && _foo)
    {
        // do somthing.
    }
}

更准确地说，我希望_foo 变量在任何线程随时要求它时提供其最新值；所以如果在调用变量之前插入Thread.MemoryBarrier() 可以解决问题，那么我可以使用Foo 属性而不是_foo 并在该属性的get 中执行Thread.MemoryBarrier() 就像：

Foo
{
    get 
    {
        Thread.MemoryBarrier();
        return _foo;
    }
    set
    {
        _foo = value;
    }
}

Answer 1

“C# In a Nutshell”是正确的，但它的说法没有实际意义。为什么？

• “写”后跟“读”，没有“易失性”，保证无论如何都会按程序顺序发生如果它影响单个线程中的逻辑
• 在您的示例中，多线程程序中的“读取”之前的“写入”完全没有意义。

让我们澄清一下。获取您的原始代码：

private void A() 
{ 
    //… 
    if (_foo) 
    { 
        //do something 
    } 
}

如果线程调度程序已经检查了_foo 变量，但它在//do something 注释之前被挂起，会发生什么？好吧，那时你的其他线程可能会改变_foo 的值，这意味着你所有的 volatiles 和 Thread.MemoryBarriers 都算不了什么！！！如果在_foo 的值为false 时避免do_something 是绝对必要的，那么您别无选择，只能使用锁。

但是，如果 do something 在突然 _foo 变为 false 时可以执行，则意味着 volatile 关键字足以满足您的需求。

需要明确：所有告诉您使用内存屏障的响应者都是不正确的或提供了过度杀伤力。

Answer 2

这本书正确。
CLR 的内存模型表明加载和存储操作可以重新排序。这适用于易失性和非易失性变量。

将变量声明为volatile仅意味着加载操作将具有acquire语义，而存储操作将具有release语义。此外，编译器将避免执行某些优化，这些优化依赖于以序列化、单线程方式访问变量这一事实（例如，将加载/存储提升到循环之外）。

单独使用volatile 关键字不会创建临界区，也不会导致线程神奇地相互同步。

在编写无锁代码时应该非常小心。没有什么简单的事情，即使是专家也很难做到。
无论您要解决的最初问题是什么，都可能有更合理的方法来解决。

Answer 3

在您的第二个示例中，您还需要将 Thread.MemoryBarrier(); 放入循环中，以确保每次检查循环条件时都获得最新值。

Answer 4

来自here...

class Foo
{
  int _answer;
  bool _complete;

  void A()
  {
    _answer = 123;
    Thread.MemoryBarrier();    // Barrier 1
    _complete = true;
    Thread.MemoryBarrier();    // Barrier 2
  }

  void B()
  {
    Thread.MemoryBarrier();    // Barrier 3
    if (_complete)
    {
      Thread.MemoryBarrier();       // Barrier 4
      Console.WriteLine (_answer);
    }
  }
}

障碍 1 和 4 阻止了此示例 从写“0”。障碍 2 和 3 提供新鲜度保证：他们 确保如果 B 在 A 之后运行，则读取 _complete 将评估为 true。

所以如果我们回到你的循环示例......这就是它应该看起来的样子......

private void A()
{
    Thread.MemoryBarrier();
    while (_someOtherConditions && _foo)
    {
        //do somthing
        Thread.MemoryBarrier();
    }
}

Answer 5

微软自己关于内存屏障的话：

仅在内存排序较弱的多处理器系统（例如，采用多个 Intel Itanium 处理器的系统）上才需要MemoryBarrier。

在大多数情况下，C# lock 语句、Visual Basic SyncLock 语句或 Monitor 类提供了更简单的数据同步方式。