C＃易失性讀取行為

Question

在C＃.net ConcurrentDictionary（ C＃參考源 ）的參考源代碼中，我不明白為什么在下面的代碼片段中需要進行易失性讀取：

public bool TryGetValue(TKey key, out TValue value)
{
    if (key == null) throw new ArgumentNullException("key");
      int bucketNo, lockNoUnused;

    // We must capture the m_buckets field in a local variable. 
    It is set to a new table on each table resize.
    Tables tables = m_tables;
    IEqualityComparer<TKey> comparer = tables.m_comparer;
    GetBucketAndLockNo(comparer.GetHashCode(key), 
                      out bucketNo, 
                      out lockNoUnused,
                      tables.m_buckets.Length,
                      tables.m_locks.Length);

    // We can get away w/out a lock here.
    // The Volatile.Read ensures that the load of the fields of 'n'
    //doesn't move before the load from buckets[i].
    Node n = Volatile.Read<Node>(ref tables.m_buckets[bucketNo]);

    while (n != null)
    {
        if (comparer.Equals(n.m_key, key))
        {
            value = n.m_value;
            return true;
         }
         n = n.m_next;
     }

     value = default(TValue);
     return false;
 }

評論：

// We can get away w/out a lock here.
// The Volatile.Read ensures that the load of the fields of 'n' 
//doesn't move before the load from buckets[i].
Node n = Volatile.Read<Node>(ref tables.m_buckets[bucketNo]);

我有點困惑。

在從數組中讀取變量n之前，CPU如何讀取n的字段？

Answer 1

易失性讀取具有獲取語義，這意味着它先於其他存儲器訪問。

如果它不是用於易失性讀取，那么下一次從我們剛剛得到的Node讀取的字段可以由JIT編譯器或體系結構推測地重新排序到讀取節點本身之前。

如果這沒有意義，想象一下JIT編譯器或體系結構讀取將分配給n任何值，並開始推測性地讀取 n.m_key ，這樣如果n != null ，則沒有錯誤預測的分支 ，沒有管道泡沫或更糟糕的是， 管道沖洗 。

當指令的結果可以用作下一條指令的操作數時，這仍然是可能的 ，但是在流水線中。

對於易失性讀取或具有類似獲取語義的操作（例如，輸入鎖定），C＃規范和CLI規范都說它必須在任何進一步的存儲器訪問之前發生，因此不可能獲得未初始化的n.m_key 。

也就是說，如果寫入也是易失性的，或者由具有類似釋放語義的操作（例如退出鎖定）保護。

如果沒有volatile語義，這種推測性讀取可能會返回n.m_key的未初始化值。

同樣重要的是comparer執行的內存訪問。 如果節點的對象是在沒有易失性版本的情況下初始化的，那么您可能正在閱讀陳舊的，可能是未初始化的數據。

這里需要Volatile.Read ，因為C＃本身無法在數組元素上表達易失性讀取。 讀取m_next字段時不需要它，因為它聲明為volatile 。

Answer 2

非常感謝你提出一個非常好的問題！

簡短的回答：評論是錯誤的（或非常令人困惑）。
更長的答案： ConcurrentDictionary中至少有兩個錯誤 。

Volatile.Read<Node>(ref tables._buckets[bucketNo])和Volatile.Read<Node>(ref buckets[i])是為了保護我們免於讀取可能被另一個線程更改的引用，所以我們有一個副本引用指向Node具體實例。
而且錯誤就是即使使用這些Volatile.Read （因為它不存在於注釋中的原因）我們可以觀察部分構造的Node類型的對象，如果我們使用以下代碼分配引用： tables._buckets[bucketNo] = newNode 。