Question

关于Interlocked与volatile的问题有很多相关的问题，我理解并了解volatile的概念（没有重新排序，总是从记忆中读取，等等，我知道Interlocked如何工作，因为它执行原子操作。

但我的问题是：假设我有一个从多个线程中读取的字段，这是一些引用类型，例如：public Object MyObject;。我知道如果我对它进行比较交换，就像这样：Interlocked.CompareExchange(ref MyObject, newValue, oldValue)互锁保证仅将newValue写入ref MyObject引用的内存位置，如果ref MyObject而oldValue目前指的是同一个对象。

但阅读怎么样？ Interlocked保证在MyObject操作成功后阅读CompareExchange的任何帖子都会立即获得新值，或者我必须将MyObject标记为volatile确保这个？

我想知道的原因是我已经实现了一个无锁链接列表，当你为它添加一个元素时，它会不断更新其内部的“head”节点，如下所示：

[System.Diagnostics.DebuggerDisplay("Length={Length}")]
public class LinkedList<T>
{
    LList<T>.Cell head;

    // ....

    public void Prepend(T item)
    {
        LList<T>.Cell oldHead;
        LList<T>.Cell newHead;

        do
        {
            oldHead = head;
            newHead = LList<T>.Cons(item, oldHead);

        } while (!Object.ReferenceEquals(Interlocked.CompareExchange(ref head, newHead, oldHead), oldHead));
    }

    // ....
}

现在Prepend成功后，读取head的帖子是否保证获得最新版本，即使它未标记为volatile？

我一直在做一些实证测试，它似乎工作得很好，我在这里搜索过但没有找到一个明确的答案（一堆不同的问题和评论/答案都说是冲突的事情）。

Answer 1

Interlocked是否保证在CompareExchange操作成功后读取MyObject的任何线程都会立即获得新值，或者我是否必须将MyObject标记为volatile来确保这一点？

是的，后续读取在同一个帖子上将获得新值。

你的循环展开到这个：

oldHead = head;
newHead = ... ;

Interlocked.CompareExchange(ref head, newHead, oldHead) // full fence

oldHead = head; // this read cannot move before the fence

修改：

正常缓存可能发生在其他线程上。考虑：

var copy = head; while ( copy == head ) { }

如果你在另一个线程上运行它，编译器可以缓存head的值，并且永远不会看到更新。

Answer 2

您的代码应该可以正常运行。虽然没有明确记录，但Interlocked.CompareExchange方法会产生全栅栏障碍。我想你可以做一个小改动，省略Object.ReferenceEquals调用，转而依赖!=运算符，它默认会执行引用相等。

值得一提的是InterlockedCompareExchange Win API电话的文档要好得多。

此功能可生成完整的内存屏障（或栅栏）以确保内存操作按顺序完成。

令人遗憾的是，在.NET BCL对应Interlocked.CompareExchange上不存在相同级别的文档，因为它很可能映射到CAS的完全相同的基础机制。

现在，在Prepend成功之后，线程读取头部是否保证获取最新版本，即使它没有标记为易失性？

不，不一定。如果这些线程不生成获取栅栏屏障，则无法保证它们将读取最新值。确保在使用head时执行易失性读取。您已通过Prepend电话在Interlocked.CompareExchange中确保了这一点。当然，该代码可以通过循环值head进行一次循环，但是由于Interlocked操作，下一次迭代将被刷新。

因此，如果您的问题的上下文与其他正在执行Prepend的线程有关，那么就不需要再做任何事了。

但是如果你的问题的上下文是关于在LinkedList上执行另一个方法的其他线程，那么请确保在适当的地方使用Thread.VolatileRead或Interlocked.CompareExchange。

旁注......可能会对以下代码执行微优化。

newHead = LList<T>.Cons(item, oldHead);

我看到的唯一问题是在循环的每次迭代中都分配了内存。在高争用期间，循环可能在最终成功之前旋转几次。只要在每次迭代时将链接引用重新分配给oldHead，您就可以将此行提升到循环之外（这样您就可以获得新的读取）。这样，内存只分配一次。

字段由多个线程读取/写入，Interlocked与volatile

2 个答案: