在C#中说明关键字volatile的用法

Question

在C#中说明关键字volatile的用法

c#.netvolatile

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我想编写一个小程序来直观地演示volatile关键字的行为。理想情况下，这应该是一个并发访问非volatile静态字段的程序，由于这个原因导致了不正确的行为。

在同一程序中添加volatile关键字应该可以解决这个问题。

但是我尝试了好几次，开启了优化等，总是没有使用"volatile"关键字时得到正确的行为。您有关于这个话题的任何想法吗？您知道如何在简单的演示应用程序中模拟这样的问题吗？这是否取决于硬件？

- Romain Verdier

6个回答

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是的，这与硬件有关（仅在多处理器情况下才会遇到此问题），但这也与实现有关。 CLR规范中的内存模型规范允许一些Microsoft CLR实现不一定执行的操作。

- Craig Stuntz

6

这并不是说没有使用'volatile'关键字就会出现故障，更多的是在未指定时可能会出现错误。一般来说，你比编译器更清楚这种情况！

最简单的想法是，如果愿意的话，编译器可以内联某些值。通过将值标记为volatile，你告诉自己和编译器该值实际上可能会发生变化（即使编译器认为不会）。这意味着编译器不应内联值，保留缓存或早期读取值（以尝试进行优化）。

这种行为与C++中的关键字并不完全相同。

MSDN有一个简短的描述here。这里有一个更深入的帖子，涉及到 Volatility, Atomicity and Interlocking。

- Ray Hayes

4

以下是我对这种行为的贡献...虽然不多，但基于xkip的演示，它展示了一个易失性和一个非易失性（即“正常”）int值在同一程序中的行为...这正是我在找到这个线程时想要的。

using System;
using System.Threading;

namespace VolatileTest
{
  class VolatileTest 
  {
    private volatile int _volatileInt;
    public void Run() {
      new Thread(delegate() { Thread.Sleep(500); _volatileInt = 1; }).Start();
      while ( _volatileInt != 1 ) 
        ; // Do nothing
      Console.WriteLine("_volatileInt="+_volatileInt);
    }
  }

  class NormalTest 
  {
    private int _normalInt;
    public void Run() {
      new Thread(delegate() { Thread.Sleep(500); _normalInt = 1; }).Start();
      // NOTE: Program hangs here in Release mode only (not Debug mode).
      // See: https://dev59.com/OXVC5IYBdhLWcg3w9GPM
      // for an explanation of why. The short answer is because the
      // compiler optimisation caches _normalInt on a register, so
      // it never re-reads the value of the _normalInt variable, so
      // it never sees the modified value. Ergo: while ( true )!!!!
      while ( _normalInt != 1 ) 
        ; // Do nothing
      Console.WriteLine("_normalInt="+_normalInt);
    }
  }

  class Program
  {
    static void Main() {
#if DEBUG
      Console.WriteLine("You must run this program in Release mode to reproduce the problem!");
#endif
      new VolatileTest().Run();
      Console.WriteLine("This program will now hang!");
      new NormalTest().Run();
    }

  }
}

上面有一些非常精简的解释，以及一些很好的参考资料。感谢所有人帮我理解volatile（至少让我知道不要在我的第一个本能选择是lock的情况下依赖于volatile）。

干杯，感谢所有的鱼。Keith。

PS：我很想看到原始请求的演示，即：“我想看到静态易失性int表现正确的地方，其中静态int表现不佳。”

我尝试并失败了这个挑战。（实际上我很快放弃了;-)。在我尝试的所有静态变量中，无论它们是否易失性，它们都表现得“正确”，如果确实是这种情况，我希望解释一下…是编译器不会将静态变量的值缓存到寄存器中吗？（即，它缓存指向该堆地址的引用）。

不，这不是一个新问题…而是试图将社区引导回原来的问题。

- corlettk

4

由于代码被虚拟机抽象化，因此在某些实现中，即使没有使用volatile也可以正常工作，而在另一些实现中可能会失败，因此在C#中很难演示。

维基百科有一个很好的例子来演示它在C中如何实现。

如果JIT编译器决定变量的值无法更改，那么相同的情况也可能发生在C#中，因此创建的机器码甚至不再检查它。如果现在另一个线程正在更改该值，则您的第一个线程仍可能陷入循环。

另一个例子是忙等待。

同样，这也可能发生在C#中，但它强烈依赖于虚拟机和JIT编译器（如果没有JIT，则为解释器……理论上，我认为MS始终使用JIT编译器，Mono也使用其中之一；但您可能能够手动禁用它）。

- Mecki

2

我发现Joe Albahari的以下文字对我非常有帮助。

内存屏障和易变性

我从上述文本中提取了一个例子，并创建了一个静态易变字段。当您删除volatile关键字时，程序将无限期地阻塞。在发布模式下运行此示例。

class Program
{
    public static volatile bool complete = false;

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

        t.Start();
        Thread.Sleep(1000); //let the other thread spin up
        complete = true;
        t.Join(); // Blocks indefinitely when you remove volatile
    }
}

- Martijn B

网页内容由stack overflow 提供, 点击上面的

可以查看英文原文，
原文链接

- xkip · Accepted Answer

我已经实现了一个可工作的示例！

主要思路来自维基百科，但对于C#进行了一些更改。维基文章演示了C++的静态字段，看起来C#总是会仔细编译对静态字段的请求... 我用非静态的字段做了一个示例：

如果您在Release模式下并且没有调试器（即使用Ctrl+F5）运行此示例，则while (test.foo != 255)这一行将被优化为“while(true)”，并且该程序永远不会返回。但是添加volatile关键字后，您将始终获得“OK”。

class Test
{
    /*volatile*/ int foo;

    static void Main()
    {
        var test = new Test();

        new Thread(delegate() { Thread.Sleep(500); test.foo = 255; }).Start();

        while (test.foo != 255) ;
        Console.WriteLine("OK");
    }
}