Question

我正在阅读Joe Duffy关于Volatile reads and writes, and timeliness的帖子，我正试图了解帖子中最后一个代码示例的内容：

while (Interlocked.CompareExchange(ref m_state, 1, 0) != 0) ;
m_state = 0;
while (Interlocked.CompareExchange(ref m_state, 1, 0) != 0) ;
m_state = 0;
…

执行第二次CMPXCHG操作时，它是否使用内存屏障来确保 m_state 的值确实是写入它的最新值？或者它只是使用已存储在处理器缓存中的某些值？（假设 m_state 未声明为volatile）如果我理解正确，如果CMPXCHG不会使用内存屏障，那么整个锁获取过程将不公平，因为第一个获取锁的线程很可能会获得< strong>以下所有锁。我是否理解正确，或者我错过了什么？

编辑：主要问题是，在尝试读取m_state的值之前，调用CompareExchange是否会导致内存障碍。因此，当尝试再次调用CompareExchange时，是否所有线程都可以看到赋值0。

Answer 1

任何具有锁定前缀的x86指令都有完全内存屏障。如Abel的回答所示，Interlocked * API和CompareExchanges使用 lock - 前缀指令，例如lock cmpxchg。所以，它意味着记忆围栏。

是的，Interlocked.CompareExchange使用内存屏障。

为什么呢？因为x86处理器就这样做了。来自英特尔的Volume 3A: System Programming Guide Part 1，第7.1.2.2节：

对于P6系列处理器，锁定操作序列化所有未完成的加载和存储操作（即等待它们完成）。对于奔腾4和英特尔至强处理器，此规则也是如此，但有一个例外。
可能无法序列化引用弱有序内存类型（例如WC内存类型）的加载操作。

volatile与此讨论无关。这是关于原子操作的;为了支持CPU中的原子操作，x86保证完成所有先前的加载和存储。

Answer 2

ref不遵守通常的volatile规则，尤其是在以下内容中：

volatile bool myField;
...
RunMethod(ref myField);
...
void RunMethod(ref bool isDone) {
    while(!isDone) {} // silly example
}

此处，RunMethod无法保证发现isDone的外部更改，即使基础字段（myField）为volatile; RunMethod不了解它，因此没有正确的代码。

然而！这应该是一个非问题：

如果您使用Interlocked，则使用Interlocked 所有访问该字段
如果您使用lock，则使用lock 所有访问该字段

遵循这些规则，它应该可以正常工作。

重新编辑;是的，行为是Interlocked的关键部分。说实话，我不知道它是如何实现的（内存屏障等等 - 请注意它们是“InternalCall”方法，所以我无法检查;-p） - 但是：来自一个线程的更新将立即显示为所有其他只要他们使用Interlocked方法（因此我的观点）。

Answer 3

似乎与Win32 API函数有相同的名称，但这个线程都是关于C＃Interlocked类的。从它的描述来看，它保证其操作是原子的。我不确定这会如何转化为其他答案中提到的“完全记忆障碍”，但要自己判断。

在单处理器系统上，没有什么特别的事情发生，只有一条指令：

FASTCALL_FUNC CompareExchangeUP,12
        _ASSERT_ALIGNED_4_X86 ecx
        mov     eax, [esp+4]    ; Comparand
        cmpxchg [ecx], edx
        retn    4               ; result in EAX
FASTCALL_ENDFUNC CompareExchangeUP

但是在多处理器系统上，硬件锁用于防止其他内核同时访问数据：

FASTCALL_FUNC CompareExchangeMP,12
        _ASSERT_ALIGNED_4_X86 ecx
        mov     eax, [esp+4]    ; Comparand
  lock  cmpxchg [ecx], edx
        retn    4               ; result in EAX
FASTCALL_ENDFUNC CompareExchangeMP

这里有一个有趣的读物，并且有一些错误的结论，但是关于这个主题的一切优秀是blog post on CompareExchange。

Answer 4

互锁功能可以保证在解析操作数时停止总线和CPU。直接后果是在你的cpu或其他程序中没有线程切换会在执行过程中中断互锁函数。

由于您正在传递对c＃函数的引用，因此底层汇编程序代码将使用实际整数的地址，因此不会优化变量访问。它将完全按预期工作。

编辑：这是一个更好地解释asm指令行为的链接：http://faydoc.tripod.com/cpu/cmpxchg.htm
正如您所看到的，总线通过强制写入周期而停滞，因此任何其他尝试同时使用总线的“线程”（读取：其他cpu内核）将被置于等待队列中。

Answer 5

MSDN说到Win32 API函数： “大多数互锁功能在所有Windows平台上都提供了完整的内存屏障”

（例外是具有显式获取/释放语义的互锁函数）

由此我得出结论，C＃运行时的Interlocked提供相同的保证，因为它们以其他相同的行为记录（并且它们解析为我知道的平台上的内部CPU语句）。不幸的是，由于MSDN倾向于提供样本而不是文档，因此没有明确说明。

Answer 6

根据ECMA-335（第I.12.6.5节）：

5。显式原子操作。类库提供各种原子操作在里面 System.Threading.Interlocked 类。这些操作（例如，增量，递减，交换和CompareExchange）执行隐式获取/释放操作即可。

因此，这些操作遵循最不惊讶的原则。

Interlocked.CompareExchange是否使用内存屏障？

6 个答案: