易失性怪异现象

Question

我觉得大多数人都知道下面这个问题，在 Release 模式下构建时会发生（代码来自于 C# 中的线程）：

static void Main()
{
  bool complete = false; 

  var t = new Thread (() =>
  {
    bool toggle = false;
    while (!complete) toggle = !toggle;
  });

  t.Start();
  Thread.Sleep (1000);

  complete = true;
  t.Join();        // Blocks indefinitely
}

由于编译器优化会缓存complete的值，从而阻止子线程看到更新的值。

然而，稍微改变上述代码：

class Wrapper
{
    public bool Complete { get; set; }
}

class Test
{
    Wrapper wrapper = new Wrapper();

    static void Main()
    {
        var test = new Test();
        var t = new Thread(() =>
        {
            bool toggle = false;
            while (!test.wrapper.Complete) toggle = !toggle;
        });

        t.Start();
        Thread.Sleep(1000);

        test.wrapper.Complete = true;
        t.Join();        // Blocks indefinitely
    }
}

不使用volatile、内存屏障或任何引入隐式屏障的机制，即可解决问题（即子线程能够在1秒后退出）。

添加完成标志的封装如何影响线程之间的可见性？

- Tudor

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你的代码不能保证一定能够运行，但也不一定会失败。你不应该依赖编译器的优化来保证正确性（或者在这种情况下，错误性）。 - svick

@svick：我其实不是。这只是我无意中注意到的一件事情。 - Tudor

可能是A reproducible example of volatile usage的重复问题。 - Hans Passant

Answer 1

我认为你已经在问题中找到了答案：

由于编译器优化缓存了完整值，从而阻止子线程看到更新后的值。

编译器/JIT优化会在合适/被视为安全和合理的情况下执行。因此，当优化未按预期发生时，可能有很好的原因（某人检测到了这种用法模式并阻止了优化），或者只是没有被优化（最有可能）。

- Alexei Levenkov

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关键点在于这是未定义行为。编译器团队可能决定明天以与第一个示例相同的方式优化属性，也可能不优化第一个示例（或以不同的方式这样做），使其无法停止。 - Servy

我同意你的观点，很可能是这种情况。我只是试图找出一个模式，以便在确定像这样的代码是否会失败时能够发现它。 - Tudor

Answer 2

第一种情况是本地变量的简单别名传播。编译器会非常积极地进行这样的操作（http://en.m.wikipedia.org/wiki/Aliasing_(computing)）。第二种情况，即使由于属性与成员变量的语法相似而看起来相同，但涉及到方法调用（getter/setter），因此不能简单地进行简化。

- nakhli

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在这种情况下，它不是简单地设置值。运行时不能像那样“忽略”某些东西。 - Aniket Inge

我不明白你所说的“不是简单的值设置”。别名传播是一种编译器技术，用于简化或替换变量。更多信息请参考：http://en.wikipedia.org/wiki/Aliasing_(computing) - nakhli