c# - 代码示例被证明在没有 volatile 的情况下会失败

Question

下面是一个 C# 代码示例，它是对损坏的 Java 代码的逐字翻译(已证明该代码会损坏(即第二个线程可能无法观察到 sharedValue 值的变化)，至少在Mac OS X 10.9、Java 1.8(64 位)、Arrandale(1 插槽 x 2 核心 x 2 HT = 4 个硬件线程):

using System;
using System.Threading;

class ThreadTest {
    /* volatile */ private int sharedValue;

    private void RunAsync() {
        while (this.sharedValue == 0);
    }

    private bool Test() {
        Thread t = new Thread(this.RunAsync);
        t.IsBackground = true;
        t.Start();

        Thread.Sleep(10);

        // Yes I'm aware the operation is not atomic
        this.sharedValue++;

        t.Join(10);
        bool success = !t.IsAlive;
        if (!success) {
            Console.Write('.');
        }
        return success;
    }

    static void Main() {
        long failureCount = 0L;
        const long testCount = 10000L;
        for (long i = 0; i < testCount; i++) {
            if (!new ThreadTest().Test()) {
                failureCount++;
            }
        }
        Console.WriteLine();
        Console.WriteLine("Failure rate: " + 100.0 * failureCount / testCount + "%");
    }
}

令人惊讶的是，无论我在 .NET 4.0/Windows XP(32 位)上运行上述 C# 代码多少次，我都没有观察到任何失败。在 Mono(64 位)、Mac OS X 上运行时也没有出现任何故障。在这两种情况下，我只看到一个 CPU 核心繁忙。

您能否建议一个 C# 代码示例，该示例错误地使用了共享变量，并且除非将该变量标记为 volatile ，否则会失败？

Answer 1

尝试运行以下程序的发布版本(不要从调试器运行它，否则演示将无法工作 - 因此通过“调试 | 启动而不调试”运行发布版本):

using System;
using System.Threading;
using System.Threading.Tasks;

namespace Demo
{
    internal class Program
    {
        private void run()
        {
            Task.Factory.StartNew(resetFlagAfter1s);
            int x = 0;

            while (flag)
                ++x;

            Console.WriteLine("Done");
        }

        private void resetFlagAfter1s()
        {
            Thread.Sleep(1000);
            flag = false;
        }

        private volatile bool flag = true;

        private static void Main()
        {
            new Program().run();
        }
    }
}

程序将在一秒钟后终止。

现在从该行中删除 volatile

private volatile bool flag = true; // <--- Remove volatile from this

这样做之后，程序将永远不会终止。 (在 Windows 8 x64、.Net 4.5 上测试)

但请注意，在某些情况下，使用 Thread.MemoryBarrier() 比声明变量 volatile 更合适，即:

while (flag)
{
    Thread.MemoryBarrier();
    ++x;
}

有关详细信息，请参阅http://blogs.msdn.com/b/brada/archive/2004/05/12/130935.aspx