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c# - volatile 变量有用吗？如果是，那么什么时候？

coder 2024-05-22 原文

回复 this question让我想到了一些对我来说仍然不清楚的事情。让我们首先假设我们从 this post 读取所有内容和 this post .

[开始编辑] 也许它不是那么明显(意大利幽默？!)但标题非常具有挑衅性:当然应该有一个原因，如果 volatile已包含在 C# 中，我只是无法理解确切的内容。[结束编辑]

简而言之，我们知道我们有三个工具可以在线程之间共享变量:

  • lock因为这将阻止指令重新排序。
  • volatile因为会强制 CPU 始终从内存中读取值(然后不同的 CPU/内核不会缓存它，也不会看到旧值)。
  • 互锁操作( Increment/Decrement 和 CompareExchange )因为它们将在单个原子操作中执行更改 + 赋值(比例如 volatile + 锁快)操作。

    • 我不明白的(C# 规范引用将不胜感激):
  • 锁如何防止缓存问题？在临界区是否隐含了内存屏障？
  • 可变变量不能是局部的(我从 Eric Lippert 那里读到了一些关于这个的东西，但我现在找不到那个帖子，我不记得他的评论——说实话——我什至不太明白)。这让我觉得它们不是用 Interlocked.CompareExchange() 实现的。和 friend ，他们有什么不同？

    • 什么 volatile例如在这段代码中，修饰符会做什么？
    volatile int _volatileField = 0;
int _normalField = 0;

void test()
{
    Interlocked.Increment(ref _normalField);
    ++_volatileField;
}

    [开始编辑] 前面的例子涉及原子读+写，我们改成_volatileField = 1; ，这里我不是在谈论原子操作。 [结束编辑]

    此外，编译器(除了警告)将在这里做什么:
    Interlocked.Increment(ref _volatileField);

    它们看起来完全不同(正如我想象的那样)但据我所知 Interlocked.Increment()操作数应该隐式是 volatile (然后它只会添加原子增量)。非 volatile 字段怎么可能？它们是否也意味着障碍？这不会对性能造成很大影响(与 volatile 相比)吗？

    如 volatile并不意味着障碍，但其他人会这样做，那么为什么我们不能将它们用作局部变量呢？尤其是在例如并行循环中使用时，这将在很大程度上损害性能(我正在考虑使用少量代码处理大量数据的小函数，其中数据缓存可能会被很好地使用)。

    [开始编辑] 我发现上一句真的不清楚(对不起我的英语)。我的意思是:如果性能( volatile 与 CompareExchange 相比，在比较适用的情况下)更好(是的，我们可以衡量，并且在某些情况下差异是可衡量和可见的)那么为什么我们不能将它们用于本地变量？我正在考虑处理大量数据的并行循环(其中开销和障碍可能会严重影响性能)。[结束编辑]

    最佳答案

    这个问题非常令人困惑。让我试着分解它。

    Are volatile variables useful?



    是的。 C# 团队不会添加无用的功能。

    If yes then when?



    volatile 变量在某些对性能高度敏感的多线程应用程序中很有用，其中应用程序架构基于跨线程共享内存。

    作为社论，我注意到正常的业务线 C# 程序员应该很少遇到这些情况。首先，我们这里所说的性能特征在几十纳秒的数量级上；大多数 LOB 应用程序的性能要求以秒或分钟为单位，而不是以纳秒为单位。其次，大多数 LOB C# 应用程序只需少量线程即可完成工作。第三，共享内存是一个坏主意，也是导致许多错误的原因；使用工作线程的 LOB 应用程序不应直接使用线程，而应使用任务并行库安全地指示工作线程执行计算，然后返回结果。考虑使用新的 await C# 5.0 中的关键字以促进基于任务的异步，而不是直接使用线程。

    在 LOB 应用程序中使用 volatile 是一个很大的危险信号，应该由专家进行大量审查，理想情况下应将其消除，以支持更高级别、更安全的做法。

    lock will prevent instruction reordering.



    C# 规范将锁描述为代码中的一个特殊点，这样可以保证在进入和离开锁时以特定方式对某些特殊的副作用进行排序。

    volatile because will force CPU to always read value from memory (then different CPUs/cores won't cache it and they won't see old values).



    您所描述的是有关如何实现 volatile 的实现细节；不要求通过放弃缓存并返回主内存来实现 volatile 。规范中详细说明了 volatile 的要求。

    Interlocked operations perform change + assignment in a single atomic (fast) operation.



    我不清楚你为什么在“原子”之后加上“快速”； “快速”不是“原子”的同义词。

    How lock will prevent cache problem?



    再次:锁定被记录为代码中的特殊事件；编译器需要确保其他特殊事件相对于锁具有特定顺序。编译器如何选择实现这些语义是一个实现细节。

    Is it implicit a memory barrier in a critical section?



    实际上，是的，锁引入了完整的围栏。

    Volatile variables can't be local



    正确的。如果您从两个线程访问本地，那么本地必须是一个特殊的本地:它可以是委托(delegate)的封闭外部变量，或者在异步块中，或者在迭代器块中。在所有情况下，本地实际上都是作为一个场来实现的。如果你想让这样的东西变得易变，那么不要使用匿名方法、异步块或迭代器块之类的高级功能!这是混合 C# 编码的最高级别和最低级别，这是一件非常奇怪的事情。编写您自己的闭包类，并在您认为合适的情况下使字段可变。

    I read something from Eric Lippert about this but I can't find that post now and I don't remember his answer.



    好吧，我也不记得了，所以我在搜索引擎中输入了“Eric Lippert 为什么局部变量不能是 volatile”。这让我想到了这个问题:

    why can't a local variable be volatile in C#?

    也许这就是你的想法。

    This makes me think they're not implemented with an Interlocked.CompareExchange() and friends.



    C# 将 volatile 字段实现为 volatile 字段 . volatile 字段是 CLR 中的一个基本概念； CLR 如何实现它们是 CLR 的实现细节。

    in what they're different?



    我不明白这个问题。

    What volatile modifier will do for example in this code?


    ++_volatileField;

    它没有任何帮助，所以不要这样做。波动性和原子性是完全不同的东西。在 volatile 字段上进行正常增量不会使增量变成原子增量。

    Moreover what compiler (beside warnings) will do here:



    如果被调用的方法引入了栅栏，C# 编译器真的应该抑制该警告，就像这个一样。我从来没有设法把它放到编译器中。希望球队有一天会。

    volatile 字段将以原子方式更新。增量将引入栅栏，因此可以缓解跳过 volatile 半栅栏的事实。

    How is it possible for non volatile fields?



    这是 CLR 的一个实现细节。

    Does they imply barriers too?



    是的，互锁操作引入了障碍。同样，这是一个实现细节。

    Doesn't this hurt performance a lot (compared to volatile)?



    首先，将损坏代码的性能与工作代码的性能进行比较是浪费时间。

    其次，如果你真的想浪费时间，你完全有能力自己衡量每个人的表现。双向编写代码，拿出秒表，单向运行一万亿次，你就会知道哪个更快。

    If volatile doesn't imply barriers but others do then why we can't use them as on local variables?



    我什至无法开始理解这个问题。

    关于c# - volatile 变量有用吗？如果是，那么什么时候？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/20348697/

    c#volatileblockquotebrmultithreading

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