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我正在阅读 Joe Duffy 的关于Volatile 读写和及时性的帖子，并且我试图了解有关帖子中最后一个代码示例的一些信息： 

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

当执行第二个 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？还是只使用已经存储在处理器缓存中的一些值？（假设m_state未声明为 volatile）。
如果我理解正确，如果 CMPXCHG 不使用内存屏障，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是获取所有锁的线程以下锁。我是否理解正确，或者我在这里错过了什么？

编辑：主要问题实际上是在尝试读取 m_state 的值之前调用 CompareExchange 是否会导致内存障碍。因此，当他们再次尝试调用 CompareExchange 时，是否所有线程都可以看到分配 0。

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6 回答 6

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任何具有锁定前缀的 x86 指令都具有完整的内存屏障。如 Abel 的回答所示，Interlocked* API 和 CompareExchanges 使用lock前缀指令，例如lock cmpxchg. 因此，它意味着内存围栏。

是的，Interlocked.CompareExchange 使用内存屏障。

为什么？因为 x86 处理器这样做了。来自英特尔的第 3A 卷：系统编程指南第 1 部分，第 7.1.2.2 节：

对于 P6 系列处理器，锁定操作会序列化所有未完成的加载和存储操作（即等待它们完成）。此规则也适用于 Pentium 4 和 Intel Xeon 处理器，但有一个例外。引用弱排序内存类型（如 WC 内存类型）的加载操作可能不会被序列化。

volatile has nothing to do with this discussion. This is about atomic operations; to support atomic operations in CPU, x86 guarantees all previous loads and stores to be completed.

于 2009-11-11T16:57:40.583 回答
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ref不遵守通常的volatile规则，尤其是在以下方面：

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

在这里，即使基础字段 ( ) 是;RunMethod也不能保证发现外部变化。不知道，所以没有正确的代码。isDonemyFieldvolatileRunMethod

然而！这应该不是问题：

  • 如果您正在使用Interlocked，则Interlocked用于对该字段的所有访问
  • 如果您正在使用lock，则lock用于对该字段的所有访问

遵循这些规则，它应该可以正常工作。

重新编辑；是的，这种行为是Interlocked. 老实说，我不知道它是如何实现的（内存屏障等 - 请注意它们是“InternalCall”方法，所以我无法检查；-p） - 但是是的：来自一个线程的更新将立即可见所有其他人，只要他们使用这些Interlocked方法（因此我在上面的观点）。

于 2009-10-17T08:23:37.960 回答
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似乎与同名的 Win32 API 函数有一些比较，但这个线程都是关于 C#Interlocked类的。从它的描述来看，可以保证它的操作是原子的。我不确定这如何转化为此处其他答案中提到的“完全记忆障碍”，但请自行判断。

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

但在多处理器系统上，使用硬件锁来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

在这里和那里一些错误的结论是一个有趣的阅读，但总而言之，在该主题上非常出色的是CompareExchange 上的这篇博客文章。

ARM 更新

通常，答案是“视情况而定”。看来，在 2.1 之前，ARM有一个半壁垒。对于 2.1 版本，此行为已更改为操作的完全障碍Interlocked。

当前代码可以在这里找到，而CompareExchange 的实际实现可以在这里找到。关于生成的 ARM 程序集的讨论以及生成代码的示例可以在上述 PR 中看到。

于 2009-11-10T00:18:35.153 回答
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MSDN谈到 Win32 API 函数时说：“大多数互锁函数在所有 Windows 平台上都提供完整的内存屏障”

（例外是具有显式获取/释放语义的互锁函数）

从中我会得出结论，C# 运行时的 Interlocked 做出了相同的保证，因为它们被记录为具有其他相同的行为（并且它们解析为我所知道的平台上的内在 CPU 语句）。不幸的是，由于 MSDN 倾向于提供示例而不是文档，因此没有明确说明。

于 2009-10-17T16:33:03.143 回答
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互锁功能保证在解析操作数时停止总线和 CPU。直接的后果是，在您的 cpu 或另一个 cpu 上，没有线程切换会在执行过程中中断联锁功能。

由于您传递的是对 c# 函数的引用，因此底层汇编代码将使用实际整数的地址，因此变量访问不会被优化掉。它将完全按预期工作。

编辑：这里有一个链接可以更好地解释 asm 指令的行为：http: //faydoc.tripod.com/cpu/cmpxchg.htm
如您所见，总线通过强制写入周期而停止，因此任何其他“线程"（阅读：其他 cpu 内核）将尝试同时使用总线将被放入等待队列中。

于 2009-10-17T09:15:44.883 回答
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According to ECMA-335 (section I.12.6.5):

5. Explicit atomic operations. The class library provides a variety of atomic operations in the System.Threading.Interlocked class. These operations (e.g., Increment, Decrement, Exchange, and CompareExchange) perform implicit acquire/release operations.

So, these operations follow principle of least astonishment.

于 2017-07-27T09:37:15.917 回答