快捷導(dǎo)航

c# volatile 關(guān)鍵字的拾遺補(bǔ)漏

更新時(shí)間：2020年10月28日 09:02:11 作者：精致碼農(nóng) • 王亮

這篇文章主要介紹了c# volatile 關(guān)鍵字的相關(guān)資料,幫助大家更好的理解和學(xué)習(xí)c#的相關(guān)知識(shí)，感興趣的朋友可以了解下

要理解 C# 中的 volatile 關(guān)鍵字，就要先知道編譯器背后的一個(gè)基本優(yōu)化原理。比如對于下面這段代碼：

public class Example
{
 public int x;
 public void DoWork()
 {
  x = 5;
  var y = x + 10;
  Debug.WriteLine("x = " +x + ", y = " +y);
 }
}

在 Release 模式下，編譯器讀取 x = 5 后緊接著讀取 y = x + 10，在單線程思維模式下，編譯器會(huì)認(rèn)為 y 的值始終都是 15。所以編譯器會(huì)把 y = x + 10 優(yōu)化為 y = 15，避免每次讀取 y 都執(zhí)行一次 x + 5。但 x 字段的值可能在運(yùn)行時(shí)被其它的線程修改，我們拿到的 y 值并不是通過最新修改的 x 計(jì)算得來的，y 的值永遠(yuǎn)都是 15。

也就是說，編譯器在 Release 模式下會(huì)對字段的訪問進(jìn)行優(yōu)化，它假定字段都是由單個(gè)線程訪問的，把與該字段相關(guān)的表達(dá)式運(yùn)算結(jié)果編譯成常量緩存起來，避免每次訪問都重復(fù)運(yùn)算。但這樣就可能導(dǎo)致其它線程修改了字段值而當(dāng)前線程卻讀取不到最新的字段值。為了防止編譯器這么做，你就要讓編譯器用多線程思維去解讀代碼。告訴編譯器字段的值可能會(huì)被其它線程修改，這種情況不要使用優(yōu)化策略。而要做到這一點(diǎn)，就需要使用 volatile 關(guān)鍵字。

給類的字段添加 volatile 關(guān)鍵字，目的是告訴編譯器該字段的值可能會(huì)被多個(gè)獨(dú)立的線程改變，不要對該字段的訪問進(jìn)行優(yōu)化。

使用 volatile 可以確保字段的值是可用的最新值，而且該值不會(huì)像非 volatile 字段值那樣受到緩存的影響。好的做法是將每個(gè)可能被多個(gè)線程使用的字段標(biāo)記為 volatile，以防止非預(yù)期的優(yōu)化行為。

為了加深理解，我們來看一個(gè)實(shí)際的例子：

public class Worker
{
 private bool _shouldStop;

 public void DoWork()
 {
  bool work = false;
  // 注意：這里會(huì)被編譯器優(yōu)化為 while(true)
  while (!_shouldStop)
  {
   work = !work; // do sth.
  }
  Console.WriteLine("工作線程：正在終止...");
 }

 public void RequestStop()
 {
  _shouldStop = true;
 }
}

public class Program
{
 public static void Main()
 {
  var worker = new Worker();

  Console.WriteLine("主線程：啟動(dòng)工作線程...");
  var workerTask = Task.Run(worker.DoWork);

  // 等待 500 毫秒以確保工作線程已在執(zhí)行
  Thread.Sleep(500);

  Console.WriteLine("主線程：請求終止工作線程...");
  worker.RequestStop();

  // 待待工作線程執(zhí)行結(jié)束
  workerTask.Wait();
  //workerThread.Join();

  Console.WriteLine("主線程：工作線程已終止");
 }
}

在這個(gè)例子中，while (!_shouldStop) 會(huì)被編譯器優(yōu)化為 while(true)。我們可以看一下實(shí)際的運(yùn)行效果來驗(yàn)證這一點(diǎn)。切換 Release 模式，按 Ctrl + F5 運(yùn)行程序，運(yùn)行效果始終如下：

程序運(yùn)行后，雖然主線程在 500 毫秒后執(zhí)行 RequestStop() 方法修改了 _shouldStop 的值，但工作線程始終都獲取不到 _shouldStop 最新的值，也就永遠(yuǎn)都不會(huì)終止 while 循環(huán)。

我們修改一下程序，對 _shouldStop 字段加上 volatile 關(guān)鍵字：

public class Worker
{
 private volatile bool _shouldStop;

 public void DoWork()
 {
  bool work = false;
  // 獲取的是最新的 _shouldStop 值
  while (!_shouldStop)
  {
   work = !work; // do sth.
  }
  Console.WriteLine("工作線程：正在終止...");
 }

 // ...（略）
}

此時(shí)在主線程調(diào)用 RequestStop() 方法后，工作線程便立即終止了，運(yùn)行效果如下圖所示：