C# 内存模型：防止存储释放和加载获取重新排序

众所周知，与Java的volatile不同，.NET的volatile允许对volatile写入进行重新排序，并从另一个位置执行以下volatile读取。当出现问题时，建议在它们之间放置

MemoryBarier

，或将

互锁。可以使用Exchange

代替volatile write

它可以工作，但是当在高度优化的无锁代码中使用时，

MemoryBarier

可能会成为性能杀手

我考虑了一下，想出了一个主意。我想有人告诉我我是否走对了路

因此，想法如下：

我们希望防止在这两个访问之间重新排序：

 volatile1 write

 volatile2 read

从.NET MM我们知道：

 1) writes to a variable cannot be reordered with  a  following read from 
    the same variable
 2) no volatile accesses can be eliminated
 3) no memory accesses can be reordered with a previous volatile read 

为了防止写入和读取之间出现不必要的重新排序，我们从刚刚写入的变量中引入了一个伪volatile read：

 A) volatile1 write
 B) volatile1 read [to a visible (accessible | potentially shared) location]
 C) volatile2 read

在这种情况下，B不能用A重新排序，因为它们都访问相同的变量， C不能用B重新排序，因为两个易失性读取不能相互重新排序，而传递性C不能用A重新排序

问题是:

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我说得对吗？在这种情况下，虚拟易失性读取可以用作轻型内存屏障吗？

编辑我从C规范中得出的结论是错误的，见下文结束编辑

我当然不是“授权”的人，但我认为你没有正确理解记忆模型

引用C#规范第§10.10节执行令第105页第三个要点：

对于易失性读写，保留副作用的顺序

易失性读写被定义为“副作用”，本段声明保留副作用的顺序

所以我的理解是，你的整个问题都是基于一个错误的假设：不稳定的读写不能被重新排序

我想你会对这样一个事实感到困惑，即对于非易失性内存操作，易失性读写仅仅是半个围栏

编辑本文：正好相反，并支持您的断言，即易失性读取可以超过不相关的易失性写入。建议的解决方案是在重要的地方引入内存载体

下面Daniel的评论还指出，CLI规范比C#规范更具体，并允许这种重新排序

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现在我发现我上面引用的C#规范令人困惑！但是在x86上，同样的指令用于易失性内存访问和常规内存访问，因此它们也会面临同样的半篱笆重排序问题，这是完全有道理的结束编辑

这里我将使用箭头符号来概念化内存屏障。我使用向上箭头↑ 还有一个向下的箭头↓ 分别表示易失性写入和读取。可以将箭头视为推开任何其他读写操作。因此，没有其他内存访问可以越过箭头，但它们可以越过尾部

考虑你的第一个例子。这就是它的概念化方式

↑          
volatile1 write  // A
volatile2 read   // B
↓

因此，我们可以清楚地看到，读和写可以切换位置。你说得对

现在考虑一下你的第二个例子。您声称引入虚拟读取将防止

a

的写入和

B

的读取被交换

↑          
volatile1 write  // A
volatile1 read   // A
↓
volatile2 read   // B
↓

我们可以看到，

B

被

A

的伪读阻止上浮。我们还可以看到，

A

的读取不能向下浮动，因为根据推断，这与

B

在

A

之前向上移动相同。但是，请注意，我们没有↑ 防止写入

A

时向下浮动的箭头（请记住，它仍然可以越过箭头的尾部）。因此，至少从理论上讲，注入

a

的虚拟读取不会阻止

a

的原始写入和

B

的读取被交换，因为对

a

的写入仍然可以向下移动

我必须认真思考这个场景。有一件事我思考了很长一段时间，那就是对

a

的读写是否是串联在一起的。如果是这样的话，那么这将阻止对

A

的写入向下移动，因为它必须带着读，我们已经说过，读被阻止了。因此，如果你坚持这一学派的观点，那么你的解决方案可能会奏效。但是，我再次阅读了规范，我没有看到关于对同一变量的易失性访问的任何特别提及。显然，线程必须以与原始程序序列（规范中提到的）逻辑一致的方式执行。但是，我可以想象编译器或硬件如何优化（或重新排序）对

A

的串联访问，并且仍然得到相同的结果。因此，我只需在这里谨慎地站在一边，并假设对

A

的写入可以向下移动。记住，易失性读取并不意味着“从主存重新读取”。对

A

的写入可以缓存在寄存器中，然后读取来自该寄存器，将实际写入延迟到稍后的时间。据我所知，易变语义并不能阻止这种情况

正确的解决方案是在访问之间调用

Thread.MemoryBarrier

。您可以看到这是如何用箭头符号概念化的

↑          
volatile1 write       // A
↑
Thread.MemoryBarrier
↓
volatile2 read        // B
↓

现在您可以看到，读操作不允许上浮，写操作不允许下浮，从而阻止交换

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您可以使用这个箭头符号看到我的其他一些记忆障碍答案，仅举几个例子。

请允许我不同意Brian Gideon接受的答案

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