为什么 C# volatile 不保护读写重新排序？

Question

根据this online book，C# 中的volatile 关键字不能防止重新排序写操作后跟读操作。它给出了这个例子，其中a 和b 最终都可以设置为0，尽管x 和y 是volatile：

class IfYouThinkYouUnderstandVolatile
{
  volatile int x, y;
 
  void Test1()        // Executed on one thread
  {
    x = 1;            // Volatile write (release-fence)
    int a = y;        // Volatile read (acquire-fence)
    ...
  }
 
  void Test2()        // Executed on another thread
  {
    y = 1;            // Volatile write (release-fence)
    int b = x;        // Volatile read (acquire-fence)
    ...
  }
}

这似乎符合 10.5.3 中的规范：

对易失性字段的读取称为易失性读取。易失性读取具有“获取语义”；也就是说，它保证在指令序列中对内存的任何引用之前发生。

对易失性字段的写入称为易失性写入。易失性写入具有“释放语义”；也就是说，它保证发生在指令序列中写指令之前的任何内存引用之后。

这是什么原因？是否存在我们不介意对写入-读取操作进行重新排序的用例？

Answer 1

Volatile 不保证独立 volatile 变量的读取和写入不会重新排序，它只保证读取得到最新的值（非缓存）。 （保证对单个变量的读写保持顺序）

http://msdn.microsoft.com/en-us/library/x13ttww7%28v=vs.71%29.aspx

系统总是在请求时读取 volatile 对象的当前值，即使之前的指令要求来自同一对象的值也是如此。此外，对象的值在赋值时立即写入。

volatile修饰符通常用于多个线程访问的字段，而不使用lock语句来序列化访问。使用 volatile 修饰符可确保一个线程检索另一个线程写入的最新值。

当你有多个依赖操作时，你需要使用一些其他的同步机制。通常使用lock，这是最简单的，而且只会在被滥用或非常极端的情况下造成性能瓶颈。

Answer 2

在 x86/x64 架构上使用 volatile read 防止 volatile write 重新排序将非常昂贵。这是因为名为@9​​87654323@ 的写入优化。 Java 采用了这种方式，Java 中的 volatile 写入实际上是 CPU 指令级别的完整内存屏障。

Answer 3

也许回答太晚了......但我环顾四周，看到了这个。 Volatile-read其实是调用了一个类似下面的方法：

public static int VolatileRead(ref int address)
{
    int num = address;
    Thread.MemoryBarrier();
    return num;
}

而Volatile-write是这样的：

public static int VolatileWrite(ref int address, int value)
{
    Thread.MemoryBarrier();
    adrdress = value;
}

指令MemoryBarrier(); 是防止重新排序的指令。MemoryBarrier(); 确保之前的指令在之后的指令之前执行。 当 VW 然后 VR，你将拥有：

Thread.MemoryBarrier();
adrdress = value; //this line may be reordered with the one bellow
int num = address;//this line may be reordered with the one above
Thread.MemoryBarrier();
return num;