代码改变世界

Volatile vs. Interlocked vs. lock

2014-06-18 16:19  yanqinqiang  阅读(1076)  评论(1)  编辑  收藏  举报

今天在stackoverflow上看到一个关于Volatile, Interlock, Lock的问题，发现回答的特别好，所以就想到把它翻译一下, 希望给那些对它们有疑惑的人提供点帮助

image：假设有一个类，它含有一个可以被多线程访问的public int counter 字段， 这个数字只会增加或减少。

当去增加这个字段的时候，应该采用下面哪个方案，为什么？

  • lock(this.locker) this.counter++;
  • Interlocked.Increment(ref this.counter);
  • Change the access modifier of counter to public volatile

image：

最糟糕（实际上都不能起作用）

Change the access modifier of counter to public volatile

这种方式实际上根本不安全，关于volatile的重点是：运行在多个CPU上的多个线程会缓冲数据和重新排列执行的指令。

如果它是非volatile, 当CPU A增加了一个值， CPU B需要等一会才能看到增加的值，这可能导致问题的出现。

如果它是volatile，就能确保两个CPU能在相同的时间看到相同的值。但它并不能避免交叉的读写操作。

给一个变量增加值，实际上需要三步

1. 读， 2. 增加 3.写

假设线程A 读取 counter 的值为1，还没有准备增加，这时线程B也读取counter 的值为1， 然后两个线程都开始执行增加，写的操作。最终counter 的值为2. 这是不对的，两个线程都做了增加操作，正确的结果应该是3. 所以把它标志为volatile根本就是不安全的。

比较好

lock(this.locker) this.counter++;

这种方式是安全的（当然你要记得lock所有你想访问this.counter的地方）。它防止其它任何线程去执行被lock锁住的代码。并且它还能防止上面提到的多CPU指令排序的问题。但问题是，lock在性能上比较慢，并且如果你在其它的一些不相干的地方也用了lock，可能会导致阻塞你的其它线程。

最好

Interlocked.Increment(ref this.counter);

这个是安全的，也是非常高效的。它执行读，增加，写三个操作在一个原子中，不会在中间被打断。因为它不影响其它的代码，你也不需要记住其它地方的Lock. 并且它还非常快（正如MSDN说的，在现在的CPU上，它常常只是一个指令）。

但是我不完全确定它能否也能解决CPU的指令排序的问题，还是需要结合volatile和这个increment一起使用。

补充：到底volatile是擅长解决什么问题的?

既然volatile不能防止多线程的问题，那它能干啥用？举个很好的例子，假设你有两个线程，一个总是往一个变量中进行写操作，假设这个变量为queneLength, 另一个总是从这个变量中读取数据。如果queueLenght不是volatile的， 线程A可能读了5次，但是线程B可能看到的是延迟的数据，甚至可能看到错误的顺序的数据。一个方案就是用lock, 但是在这种情况系你也可以用volatile. 这样能确保线程B总能看到线程A写的最新数据，但是这个这个逻辑仅仅在你写的时候没有读，读的时候没有写时才有效。一旦多个线程都要做读-修改-写的操作，你需要用Interlocked或者用lock.