.NET 线程安全的缓存结果

Question

我在C#中有类似以下的代码：

private double _x;
private bool _xCalculated;

private double GetX() {
    if (!_xCalculated) {
        _x = ... // some relatively expensive calculation
        _xCalculated = true;
    }

    return _x;
}

我的问题是，这个方法是线程安全的吗？据我所知，最坏的情况是两个或更多线程同时进入此方法并多次计算_x，但对于该类的任何实例，结果保证是相同的，因此这不是一个特别大的问题。

我的理解正确吗？

- derkyjadex

Answer 1

一些观察：

1. 双倍存储可能不是原子的
2. 对布尔值的写入应该是原子的
3. 根据CPU架构，内存操作可能会被重新排序
4. 如果没有重新排序，代码应该可以工作

虽然我认为 x86 memory ordering guarantees 使得这种情况是安全的，但我并不完全确定。最近 .net 的内存顺序保证已经加强了（我想在 .net 4 中）以匹配 x86 的保证。

.NET中的内存模型
更多关于内存排序的内容
这意味着在.NET中，存储不会被重新排序，我认为这意味着您的代码是安全的。但无锁编程很难，所以我可能会忽略一些微妙的问题。也许if子句中的读取会引起问题。

我建议除非您是一个线程专家并且真的需要性能，否则不要使用此代码。否则，请使用更明确的锁定方式。如果没有争用，锁定并不那么昂贵。

- CodesInChaos

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为什么要猜测硬件 X 可能如何工作，而 Y 可能不行，当使用 LOCK 更简单、更清晰、更可靠，并且性能差异不值一提呢？ - smirkingman

我将进行性能测试以找到最适合我的目的的最佳实现，但我想知道这个解决方案是否有效。 - derkyjadex

你的解决方案存在问题，就是很难确定它是否正确。而且由于线程问题是不确定的，你甚至无法简单地进行测试。 - CodesInChaos

Answer 2

它不是线程安全的。是的，你的理解是正确的。你可以使用lock()语句使其线程安全。

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/c5kehkcz(VS.71).aspx

private object objLock = new object();
private double GetX() {
    lock(objLock) {
        if (!_xCalculated) { 
            _x = ... // some relatively expensive calculation 
            _xCalculated = true; 
        } 
    }
    return _x; 
} 

- Hinek

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请避免使用lock(this)。最好锁定一个私有对象lockObject = new object(); 请参阅http://www.toolazy.me.uk/template.php?content=lock(this)_causes_deadlocks.xml。 - Lars Truijens

我认为只要按照书面顺序执行这三个步骤并且计算是无副作用的，那么代码就是安全的。即1）读取和比较标志2）写入双精度3）以原子方式写入标志。你能给出一个反例吗？ - CodesInChaos

在读取/比较和写入标志之间，另一个线程可能会读取/比较该标志。它仍然是false，因此昂贵的计算将被执行多次。因此，它不是线程安全的。 - Hinek

只要计算是确定性的且没有副作用，多次计算并不成问题。使用Interlocked.CompareExchange模式进行此类重新计算很常见。 - CodesInChaos

我愿意接受计算可能运行多次的可能性。这并不是/那么/昂贵，对于_x的读取次数将远远超过运行代码的线程数，因此缓存结果的好处仍然大于额外的计算。 - derkyjadex

Answer 3

这要取决于平台，根据 .NET 的规范，我不认为这在 .NET 内存模型下是安全的，但我认为在当前的 Microsoft CLR 上应该是可以的。问题在于 CPU 可以重新排序内存写操作的程度。

请有人提供规范的详细链接吗...

- Ian Ringrose