字段由多個線程讀取/寫入，Interlocked與volatile

Question

在SO上有很多關於Interlocked vs. volatile的問題，我理解並且知道volatile的概念（沒有重新排序，總是從內存中讀取等）並且我知道Interlocked工作方式是它執行的原子操作。

但我的問題是：假設我有一個從多個線程讀取的字段，這是一些引用類型，例如： public Object MyObject; 。 我知道，如果我對它做一個比較交換，就像這樣： Interlocked.CompareExchange(ref MyObject, newValue, oldValue) ，互鎖保證只將newValue寫入ref MyObject引用的內存位置，如果ref MyObject和oldValue當前引用對同一個對象。

但閱讀呢？ Interlocked是否保證在CompareExchange操作成功后讀取MyObject任何線程將立即獲得新值，或者我是否必須將MyObject標記為volatile來確保這一點？

我想知道的原因是我已經實現了一個無鎖鏈接列表，當你為它添加一個元素時，它會不斷地更新其內部的“head”節點，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));
    }

    // ....
}

現在Prepend成功之后，線程讀取head保證獲得最新版本，即使它沒有標記為volatile ？

我一直在做一些實證測試，它似乎工作得很好，我在這里搜索過但沒有找到明確的答案（一堆不同的問題和評論/答案都說是相互矛盾的事情）。

Answer 1

Interlocked是否保證在CompareExchange操作成功后讀取MyObject的任何線程將立即獲得新值，或者我是否必須將MyObject標記為volatile來確保這一點？

是的， 在同一個線程上的后續讀取將獲得新值。

你的循環展開到這個：

oldHead = head;
newHead = ... ;

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

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

---

編輯 ：

正常緩存可能發生在其他線程上。 考慮：

var copy = head;

while ( copy == head )
{
}

如果你在另一個線程上運行它，編譯器可以緩存head的值，永遠不會看到更新。

Answer 2

你的代碼應該工作正常。 雖然沒有明確記錄， Interlocked.CompareExchange方法將產生一個全柵欄屏障。 我想你可以做一個小改動，省略Object.ReferenceEquals調用，轉而依賴於!=運算符，默認情況下會執行引用相等。

值得一提的是， InterlockedCompareExchange Win API調用的文檔要好得多。

此函數生成完整的內存屏障（或柵欄），以確保按順序完成內存操作。

遺憾的是，.NET BCL對應的Interlocked.CompareExchange上不存在相同級別的文檔，因為它很可能映射到CAS的完全相同的底層機制。

現在Prepend成功之后，線程讀取頭是否保證獲得最新版本，即使它沒有標記為volatile？

不，不一定。 如果這些線程不生成獲取柵欄屏障，則無法保證它們將讀取最新值。 確保在使用head時執行易失性讀取。 您已使用Interlocked.CompareExchange調用確保在Prepend 。 當然，該代碼可能會以過時的head值經過循環一次，但由於Interlocked操作，下一次迭代將被刷新。

因此，如果您的問題的上下文與其他正在執行Prepend線程相關，那么就不需要做任何其他事情了。

但是，如果您的問題的上下文是關於在LinkedList上執行另一個方法的其他線程，那么請確保在適當的地方使用Thread.VolatileRead或Interlocked.CompareExchange 。

旁注......可能會對以下代碼執行微優化。

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

我看到的唯一問題是內存是在循環的每次迭代中分配的。 在高爭用期間，循環可能在最終成功之前旋轉幾次。 只要在每次迭代時將鏈接引用重新分配給oldHead ，您就可以將此行提升到循環之外（這樣您就可以獲得新的讀取）。 這樣，內存只分配一次。