C#多线程之高级篇(上)
2022/11/16 1:24:04
本文主要是介绍C#多线程之高级篇(上),对大家解决编程问题具有一定的参考价值,需要的程序猿们随着小编来一起学习吧!
一、非阻塞同步
重排序与缓存
我们观察下面这个例子:
public class Foo { private int _answer; private bool _complete; void A() //A 1 { _answer = 10; _complete = true; } void B() //B 2 { if (_complete) Console.WriteLine(_answer); } }
如果方法A
和B
在不同的线程上并发运行,B
可能会打印 “ 0 “ 吗?答案是会的,原因如下:
- 编译器、CLR 或 CPU 可能会对代码/指令进行重排序(reorder)以提高效率。
- 编译器、CLR 或 CPU 可能会进行缓存优化,导致其它线程不能马上看到变量的新值。
请务必重视它们,它们将是幽灵般的存在
int x = 0, y = 0, a = 0, b = 0; var task1 = Task.Run(() => // A 1 { a = 1; // 1 x = b; // 2 }); var task2 = Task.Run(() => // B 2 { b = 2; // 3 y = a; // 4 }); Task.WaitAll(task1, task2); Console.WriteLine("x:" + x + " y:" + y);
直觉和经验告诉我们,程序至顶向下执行:代码1一定发生在代码2之前,代码3一定发生在代码4之前,然鹅
在一个独立的线程中,每一个语句的执行顺序是可以被保证的,但在不使用lock,waithandle这样的显式同步操作时,我们就没法保证事件在不同的线程中看到的执行顺序是一致的了。尽管线程A中一定需要观察到a=1执行成功之后才会去执行x=b,但它没法确保自己观察得到线程B中对b的写入,所以A还可能会打印出y的一个旧版的值。这就叫指令重排序。
x:0 y:1 #1-2-3-4 x:2 y:0 #3-4-1-2 x:2 y:1 #1-3-2-4
可实际运行时还是有些让我们惊讶的情况:
x:0 y:0 #??
这就是缓存问题,如果两个线程在不同的CPU上执行,每一个核心有自己的缓存,这样一个线程的写入对于其它线程,在主存同步之前就是不可见的了。
C#编译器和CLR运行时会非常小心的保证上述优化不会破坏普通的单线程代码,和正确使用锁的多线程代码。但有时,你仍然需要通过显示的创建内存屏障(memory barrier,也称作内存栅栏 (memory fence))来对抗这些优化,限制指令重排序和读写缓存产生的影响。
内存屏障
参考博客小林野夫
处理器支持哪种内存重排序(LoadLoad重排序、LoadStore重排序、StoreStore重排序、StoreLoad重排序),就会提供相对应能够禁止重排序的指令,而这些指令就被称之为内存屏障(LoadLoad屏障、LoadStore屏障、StoreStore屏障、StoreLoad屏障)
屏障名称 | 示例 | 具体作用 |
---|---|---|
StoreLoad | Store1;Store2;Store3;StoreLoad;Load1;Load2;Load3 | 禁止StoreLoad重排序,确保屏障之前任何一个写(如Store2)的结果都会在屏障后任意一个读操作(如Load1)加载之前被写入 |
StoreStore | Store1;Store2;Store3;StoreStore;Store4;Store5;Store6 | 禁止StoreStore重排序,确保屏障之前任何一个写(如Store1)的结果都会在屏障后任意一个写操作(如Store4)之前被写入 |
LoadLoad | Load1;Load2;Load3;LoadLoad;Load4;Load5;Load6 | 禁止LoadLoad重排序,确保屏障之前任何一个读(如Load1)的数据都会在屏障后任意一个读操作(如Load4)之前被加载 |
LoadStore | Load1;Load2;Load3;LoadStore;Store1;Store2;Store3 | 禁止LoadStore重排序,确保屏障之前任何一个读(如Load1)的数据都会在屏障后任意一个写操作(如Store1)的结果被写入高速缓存(或主内存)前被加载 |
读屏障告诉处理器在执行任何的加载前,执行所有已经在失效队列(Invalidte Queues)中的失效(I)指令。即:所有load barrier之前的store指令对之后(本核心和其他核心)的指令都是可见的。
Store Memory Barrier:写屏障,等同于前文的StoreStore Barriers 将store buffer都写入缓存。
写屏障告诉处理器在执行这之后的指令之前,执行所有已经在存储缓存(store buffer)中的修改(M)指令。即:所有store barrier之前的修改(M)指令都是对之后的指令可见。
最简单的内存屏障是完全内存屏障(full memory barrier,或全栅栏(full fence)),它可以阻止所有跨越栅栏的指令进行重排并提交修改和刷新缓存
。内存屏障之前的所有写操作都要写入内存,并将内存中的新值刷到缓存,使得其它CPU核心能够读取到最新值,完全保证了数据的强一致性,进而解决CPU缓存带来的可见性问题。
标签:C,C++,java,C#,php,编程,语言,新人,人群,计算机,入门,Python 来源:
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