一文看懂C# volatile 關(guān)鍵字
要理解 C# 中的 volatile 關(guān)鍵字，就要先知道編譯器背后的一個基本優(yōu)化原理。比如對于下面這段代碼：
public class Example
{
public int x;
public void DoWork()
{
x = 5;
var y = x + 10;
Debug.WriteLine("x = " +x + ", y = " +y);
}
}
在 Release 模式下，編譯器讀取 x = 5 后緊接著讀取 y = x + 10，在單線程思維模式下，編譯器會認(rèn)為 y 的值始終都是 15。所以編譯器會把 y = x + 10 優(yōu)化為 y = 15，避免每次讀取 y 都執(zhí)行一次 x + 5。但 x 字段的值可能在運(yùn)行時被其它的線程修改，我們拿到的 y 值并不是通過最新修改的 x 計算得來的，y 的值永遠(yuǎn)都是 15。
也就是說，編譯器在 Release 模式下會對字段的訪問進(jìn)行優(yōu)化，它假定字段都是由單個線程訪問的，把與該字段相關(guān)的表達(dá)式運(yùn)算結(jié)果編譯成常量緩存起來，避免每次訪問都重復(fù)運(yùn)算。但這樣就可能導(dǎo)致其它線程修改了字段值而當(dāng)前線程卻讀取不到最新的字段值。為了防止編譯器這么做，你就要讓編譯器用多線程思維去解讀代碼。告訴編譯器字段的值可能會被其它線程修改，這種情況不要使用優(yōu)化策略。而要做到這一點，就需要使用 volatile 關(guān)鍵字。
給類的字段添加 volatile 關(guān)鍵字，目的是告訴編譯器該字段的值可能會被多個獨(dú)立的線程改變，不要對該字段的訪問進(jìn)行優(yōu)化。
使用 volatile 可以確保字段的值是可用的最新值，而且該值不會像非 volatile 字段值那樣受到緩存的影響。好的做法是將每個可能被多個線程使用的字段標(biāo)記為 volatile，以防止非預(yù)期的優(yōu)化行為。
為了加深理解，我們來看一個實際的例子：
public class Worker
{
private bool _shouldStop;
public void DoWork()
{
bool work = false;
// 注意：這里會被編譯器優(yōu)化為 while(true)
while (!_shouldStop)
{
work = !work; // do sth.
}
Console.WriteLine("工作線程：正在終止...");
}
public void RequestStop()
{
_shouldStop = true;
}
}
public class Program
{
public static void Main()
{
var worker = new Worker();
Console.WriteLine("主線程：啟動工作線程...");
var workerTask = Task.Run(worker.DoWork);
// 等待 500 毫秒以確保工作線程已在執(zhí)行
Thread.Sleep(500);
Console.WriteLine("主線程：請求終止工作線程...");
worker.RequestStop();
// 待待工作線程執(zhí)行結(jié)束
workerTask.Wait();
//workerThread.Join();
Console.WriteLine("主線程：工作線程已終止");
}
}
在這個例子中，while (!_shouldStop) 會被編譯器優(yōu)化為 while(true)。我們可以看一下實際的運(yùn)行效果來驗證這一點。切換 Release 模式，按 Ctrl + F5 運(yùn)行程序，運(yùn)行效果始終如下：
程序運(yùn)行后，雖然主線程在 500 毫秒后執(zhí)行 RequestStop() 方法修改了 _shouldStop 的值，但工作線程始終都獲取不到 _shouldStop 最新的值，也就永遠(yuǎn)都不會終止 while 循環(huán)。
我們修改一下程序，對 _shouldStop 字段加上 volatile 關(guān)鍵字：
public class Worker
{
private volatile bool _shouldStop;
public void DoWork()
{
bool work = false;
// 獲取的是最新的 _shouldStop 值
while (!_shouldStop)
{
work = !work; // do sth.
}
Console.WriteLine("工作線程：正在終止...");
}
// ...（略）
}
此時在主線程調(diào)用 RequestStop() 方法后，工作線程便立即終止了，運(yùn)行效果如下圖所示：
這說明加了 volatile 關(guān)鍵字后，程序可以實時讀取到字段的最新值。
注意，一定要切換為 Release 模式運(yùn)行才能看到 volatile 發(fā)揮的作用，Debug 模式下即使添加了 volatile 關(guān)鍵字，編譯器也是不會執(zhí)行優(yōu)化的。
當(dāng)然，并不是所有的類型都可以使用 volatile 關(guān)鍵字修飾的，常見的使用 volatile 的類型是這些簡單類型：sbyte, byte, short, ushort, int, uint, char, float 和 bool，其它的請查看參考鏈接。
參考： https://docs.microsoft.com/en-us/dotnet/csharp/language-reference/keywords/volatile
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