C# volatile 读取行为

Question

在 C#.net ConcurrentDictionary ( C# reference source ) 的引用源代码中，我不明白为什么在以下代码片段中需要 volatile 读取:

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;
 }

评论:

// 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]);

让我有点困惑。

在从数组中读取变量 n 本身之前，CPU 如何读取 n 的字段？

Answer 1

volatile 读取具有获取语义，这意味着它先于其他内存访问。

如果不是 volatile 读取，下一次从 Node 读取的字段可能会被 JIT 编译器或架构重新排序，推测性地，在读取之前到节点本身。

如果这没有意义，请想象一个 JIT 编译器或架构读取将分配给 n 的任何值，并开始 speculatively read n.m_key，如果 n != null，则没有 mispredicted branch , 没有 pipeline bubble或者更糟，pipeline flushing .

这是可能的 when the result of an instruction can be used as an operand for the next instruction(s) ，同时还在筹备中。

对于 volatile 读取或具有类似获取语义的操作(例如进入锁)，C# 规范和 CLI 规范均规定它必须在任何进一步的内存访问之前发生，因此不可能获得未初始化的 n.m_key.

也就是说，如果写入也是 volatile 的或由具有类似释放语义的操作(例如退出锁)保护。

如果没有可变语义，这样的推测性读取可能会为 n.m_key 返回一个未初始化的值。

同样重要的是由比较器执行的内存访问。如果节点的对象是在没有 volatile 释放的情况下初始化的，您可能正在读取陈旧的、可能未初始化的数据。

Volatile.Read 在这里是必需的，因为 C# 本身无法表达对数组元素的 volatile 读取。读取 m_next 字段时不需要它，因为它被声明为 volatile。