Question

让我们说你有一个像这样的简单课：

class MyClass
{
    private readonly int a;
    private int b;

    public MyClass(int a, int b) { this.a = a; this.b = b; }

    public int A { get { return a; } }
    public int B { get { return b; } }
}

我可以以多线程方式使用这个类：

MyClass value = null;
Task.Run(() => {
    while (true) { value = new MyClass(1, 1); Thread.Sleep(10); }
});
while (true)
{
    MyClass result = value;
    if (result != null && (result.A != 1 || result.B != 1)) { 
        throw new Exception(); 
    }
    Thread.Sleep(10);
}

我的问题是：我会看到这个（或其他类似的多线程代码）抛出异常吗？我经常看到其他线程可能不会立即看到非易失性写入的事实。因此，似乎这可能会失败，因为写入值字段可能会在写入a和b之前发生。这是可能的，或者内存模型中是否存在使这种（非常常见）模式安全的东西？如果是这样，它是什么？为了这个目的，readonly是否重要？如果a和b是一种无法原子编写的类型（例如自定义结构）会不会很重要？

Answer 1

编写的代码将从CLR2.0开始工作，因为CLR2.0内存模型保证所有商店都具有发布语义。

发布语义：确保围栏前没有加载或存储围栏后会移动。之后的说明可能仍然发生在之前围栏。（取自CPOW页面512）。

这意味着在分配类引用后无法移动构造函数初始化。

Joe duffy在他的article about the very same subject中提到了这一点。

规则2：所有商店都有发布语义，即没有加载或存储可能一个接一个地移动。

Vance morrison的article here也证实了这一点（章节技巧4：懒惰的初始化）。

与删除读锁的所有技术一样，图7中的代码依赖于强大的写入顺序。例如，这段代码就是 ECMA内存模型不正确，除非myValue变得易失因为初始化LazyInitClass实例的写入可能是延迟到写入myValue之后，允许客户端 GetValue读取未初始化状态。在.NET Framework 2.0中模型，代码在没有volatile声明的情况下工作。

保证写入从CLR 2.0开始按顺序发生。它没有在ECMA标准中指定，它只是CLR的微软实现给出了这种保证。如果您在CLR 1.0或CLR的任何其他实现中运行此代码，您的代码可能会中断。

此更改背后的故事是:(来自CPOW Page 516）

当CLR 2.0移植到IA64时，它的初始开发已经完成了   发生在X86处理器上，因此处理起来很差   任意商店重新排序（IA64允许）。情况也是如此   由非Microsoft开发人员编写的目标.NET的大多数代码   定位Windows

结果是框架中的很多代码在运行时都破了   IA64，特别是与臭名昭着的双重检查的代码   锁定模式，突然无法正常工作。我们来看看这个   在本章后面的模式中。但总的来说，   如果商店可以通过其他商店，请考虑：一个线程可能   初始化私有对象的字段，然后发布对它的引用   它在一个共享的位置;因为商店可以四处走动，另一个   线程可能能够看到对象的引用，读取它，和   然而，当他们仍然是一个未初始化的状态时，看到领域。   这不仅影响现有代码，还可能违反类型系统   属性，如initonly fields。

因此CLR架构师决定通过发射强化2.0   IA64上的所有商店都作为释放围栏。这给了所有CLR程序   更强的记忆模型行为。这确保了程序员不需要   不得不担心只会出现的微妙的竞争条件   在一个不起眼的，很少使用和昂贵的架构上练习。

注意Joe duffy表示他们通过在IA64上发布所有商店作为发布围栏来强化2.0 这并不意味着其他处理器可以重新排序。其他处理器本身固有地保证商店（商店后面的商店）不会被重新排序。所以CLR不需要明确保证这一点。

Answer 2

上述代码是线程安全的。构造函数在被分配给＆＃34;值＆＃34;之前完全执行。变量。第二个循环中的本地副本将为null或完全构造的实例，因为分配实例引用是内存中的原子操作。

如果＆＃34;价值＆＃34;是一个结构然后它不会是线程安全的，因为值的初始化不是原子的。

Answer 3

因此，似乎这可能会失败，因为写入值字段可能会在写入a和b之前发生。这可能吗

是的，这肯定是可能的。

您需要以某种方式同步对数据的访问，以防止此类重新排序。

Answer 4

我会看到这个（或其他类似的多线程代码）抛出异常吗？

是，在ARM（以及任何其他具有弱内存模型的硬件）上，您将观察到此类行为。

我经常看到非易失性写入可能没有的事实其他线程立即看到。因此，似乎可以这样失败，因为写入值字段可能发生在写到a和b。这是可能的，还是有什么东西在内存模型使这个（非常常见）模式安全吗？

易失性不是关于观察变化的瞬时性，而是关于秩序和获取/释放语义。
此外，ECMA-335表示它可能发生（并且它将发生在ARM或任何其他具有弱内存模型的硬件上）。

为此目的，readonly是否重要？

readonly与指令重新排序和易失性无关。

如果a和b是一种无法原子编写的类型（例如自定义结构），这是否重要？

在这种情况下，字段的原子性并不重要。为了防止这种情况，您应该通过Volatile.Write编写对创建对象的引用（或者只是使该引用volatile，编译器将完成这项工作）。 Volatile.Write(ref value, new MyClass(1, 1))会做到这一点。

有关易失性语义和内存模型的更多信息，请参阅ECMA-335，第I.12.6节

Answer 5

如上所述，此代码是线程安全的，因为value在构造函数执行完毕之前不会更新。换句话说，其他任何人都没有观察到正在建造的物体。

您可以编写代码，通过明确将this发布到外部世界来帮助您拍摄自己的内容，例如

class C { public C( ICObserver observer ) { observer.Observe(this); } }

当Observe（）执行时，所有的赌注都会被关闭，因为它不再适用于外界没有观察到该对象。

Answer 6

这是错的，对不起......

如果您的测试在之前执行，我认为您可能会抛出错误   在另一个线程中首先分配变量。这将是一个   竞争条件......这可能是一个间歇性的问题。

如果while循环检查的值，您也可能会收到错误   确定新类被实例化并赋值的确切时刻，   但在设置a和b变量之前。

至于更好的方法，这取决于你的目标。有没有理由值被覆盖？我认为将新类放入需要按顺序处理的集合中更为常见。

有些集合可以解决这个问题。您可以在一个线程中向集合添加类，并在另一个线程中检查并提取它们。

有关示例，请参阅http://dotnetcodr.com/2014/01/14/thread-safe-collections-in-net-concurrentstack/。

为什么（或不是）在构造函数中设置字段是否安全？

6 个答案: