c# - 线程同步。 lock 究竟是如何访问内存 'correct' 的？

Question

首先，我知道 lock{} 是 Monitor 类的合成糖。 (哦，句法糖)

我正在处理简单的多线程问题，发现不能完全理解锁定内存的任意字如何保护整个其他内存不被缓存是寄存器/CPU 缓存等。使用代码示例来解释我在说什么更容易关于:

for (int i = 0; i < 100 * 1000 * 1000; ++i) {
    ms_Sum += 1;
}

最后 ms_Sum 将包含 100000000，这当然是预期的。

现在我们准备在 2 个不同的线程上执行相同的循环，并且上限减半。

for (int i = 0; i < 50 * 1000 * 1000; ++i) {
    ms_Sum += 1;
}

由于没有同步，我们得到不正确的结果 - 在我的 4 核机器上它是随机数接近 52 388 219 这略大于 100 000 000 的一半.如果我们将 ms_Sum += 1; 包含在 lock {} 中，我们当然会得到绝对正确的结果 100 000 000。但对我来说有趣的是(真的说我是期待类似的行为)在 ms_Sum += 1; 行之前或之后添加 lock 可以得到答案 < strong>几乎正确:

for (int i = 0; i < 50 * 1000 * 1000; ++i) {
    lock (ms_Lock) {}; // Note curly brackets

    ms_Sum += 1;
}

对于这种情况，我通常会得到 ms_Sum = 99 999 920，这非常接近。

问题为什么 lock(ms_Lock) { ms_Counter += 1; } 使程序完全正确但是 lock(ms_Lock) {}; ms_Counter += 1; 仅几乎正确；锁定任意 ms_Lock 变量如何使 整个内存 稳定？

非常感谢!

附言去阅读有关多线程的书籍。

类似问题

How does the lock statement ensure intra processor synchronization?

Thread synchronization. Why exactly this lock isn't enough to synchronize threads

Answer 1

why exactly does lock(ms_Lock) { ms_Counter += 1; } make the program completely correct but lock(ms_Lock) {}; ms_Counter += 1; only almost correct?

好问题!理解这一点的关键是锁做了两件事:

• 它会导致争夺锁的任何线程暂停，直到可以获取锁为止
• 它会导致内存屏障，有时也称为“全栅栏”

I do not totally understand how lockng some arbitrary object prevents other memory from being cached in registers/CPU cache, etc

正如您所注意到的，在寄存器或 CPU 缓存中缓存内存可能会导致多线程代码中发生奇怪的事情。 (See my article on volatility for a gentle explanation of a related topic.。)简而言之:如果一个线程在另一个线程更改该内存之前复制了 CPU 缓存中的一页内存，然后第一个线程从缓存中读取，然后实际上，第一个线程及时向后移动了读取。同样，对内存的写入看起来及时向前移动。

内存屏障就像一道时间栅栏，它告诉 CPU“做你需要做的事情以确保随时间移动的读写不能越过栅栏”。

一个有趣的实验是代替空锁，调用 Thread.MemoryBarrier() 并看看会发生什么。你得到相同的结果还是不同的结果？如果你得到相同的结果，那么它是有帮助的内存障碍。如果您不这样做，那么线程几乎正确同步的事实足以减慢它们的速度以防止大多数竞争。

我的猜测是后者:空锁正在减慢线程的速度，以至于它们不会将大部分时间花在具有竞争条件的代码上。在强内存模型处理器上通常不需要内存屏障。 (您使用的是 x86 机器还是 Itanium 或什么？x86 机器具有非常强大的内存模型，Itanium 具有需要内存屏障的弱模型。)