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(C# 參考)volatile,lock,synchronized

C#
2009-07-04 10:04:48 閱讀54
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C# 參考)volatile,lock,synchronized

 

volatile(C# 參考)

volatile 關鍵字表示欄位可能被多個併發執行執行緒修改。宣告為 volatile 的欄位不受編譯器優化(假定由單個執行緒訪問)的限制。這樣可以確保該欄位在任何時間呈現的都是最新的值。

volatile 修飾符通常用於由多個執行緒訪問而不使用 lock 語句(C# 參考)語句對訪問進行序列化的欄位。有關在多執行緒方案中使用 volatile 的示例,請參見如何:建立和終止執行緒(C# 程式設計指南)。

volatile 關鍵字可應用於以下型別的欄位:

引用型別。

指標型別(在不安全的上下文中)。請注意,雖然指標本身可以是可變的,但是它指向的物件不能是可變的。換句話說,您無法宣告“指向可變物件的指標”。

整型,如 sbyte、byte、short、ushort、int、uint、char、float 和 bool。

具有整數基型別的列舉型別。

已知為引用型別的泛型型別引數。

IntPtr 和 UIntPtr。

可變關鍵字僅可應用於類或結構欄位。不能將區域性變數宣告為 volatile。

 示例

下面的示例說明如何將公共欄位變數宣告為 volatile。

 複製程式碼

// csharp_volatile.cs

// compile with: /target:library

class Test

{

   public volatile int i;

   Test(int _i)

   {

      i = _i;

   }

lock 語句(C# 參考)

lock 關鍵字將語句塊標記為臨界區,方法是獲取給定物件的互斥鎖,執行語句,然後釋放該鎖。此語句的形式如下:

Object thisLock = new Object();

lock (thisLock)

{

// Critical code section

}

有關更多資訊,請參見
執行緒同步(C# 程式設計指南)

(C 參考)volatile,lock,synchronized  - mxmkeep - 3o8 | 淼 備註

 

lock 確保當一個執行緒位於程式碼的臨界區時,另一個執行緒不進入臨界區。如果其他執行緒試圖進入鎖定的程式碼,則它將一直等待(即被阻止),直到該物件被釋放。

執行緒處理(C# 程式設計指南) 這節討論了執行緒處理。

lock 呼叫塊開始位置的
Enter
和塊結束位置的
Exit

通常,應避免鎖定 public 型別,否則例項將超出程式碼的控制範圍。常見的結構 lock (this)lock (typeof (MyType))
lock ("myLock") 違反此準則:

  •  

    如果例項可以被公共訪問,將出現 lock (this) 問題。

  •  

    如果 MyType 可以被公共訪問,將出現 lock (typeof (MyType)) 問題。

  •  

    由於程序中使用同一字串的任何其他程式碼將共享同一個鎖,所以出現 lock(“myLock”) 問題。

 

最佳做法是定義 private 物件來鎖定, 或 private static 物件變數來保護所有例項所共有的資料。

(C 參考)volatile,lock,synchronized  - mxmkeep - 3o8 | 淼 示例

下例顯示的是在 C# 中使用執行緒的簡單示例。

// statements_lock.cs

using System;

using System.Threading;

class ThreadTest

{

public void RunMe()

{

Console.WriteLine(“RunMe called”);

}

static void Main()

{

ThreadTest b = new ThreadTest();

Thread t = new Thread(b.RunMe);

t.Start();

}

}

c#中volatile關鍵字的作用

轉載自:http://hi.baidu.com/jy02180723/blog/item/63dc2563564eed630d33fa20.html

 

恐怕比較一下volatile和synchronized的不同是最容易解釋清楚的。volatile是變數修飾符,而synchronized則作用於一段程式碼或方法;看如下三句get程式碼:

 

  1. int i1;              int geti1() {return i1;}
  2. volatile int i2;  int geti2() {return i2;}
  3. int i3;              synchronized int geti3() {return i3;}

 

  geti1()得到儲存在當前執行緒中i1的數值。多個執行緒有多個i1變數拷貝,而且這些i1之間可以互不相同。換句話說,另一個執行緒可能已經改變了它執行緒內的i1值,而這個值可以和當前執行緒中的i1值不相同。事實上,Java有個思想叫“主”記憶體區域,這裡存放了變數目前的“準確值”。每個執行緒可以有它自己的變數拷貝,而這個變數拷貝值可以和“主”記憶體區域裡存放的不同。因此實際上存在一種可能:“主”記憶體區域裡的i1值是1,執行緒1裡的i1值是2,執行緒2裡的i1值是3——這線上程1和執行緒2都改變了它們各自的i1值,而且這個改變還沒來得及傳遞給“主”記憶體區域或其他執行緒時就會發生。

  而geti2()得到的是“主”記憶體區域的i2數值。用volatile修飾後的變數不允許有不同於“主”記憶體區域的變數拷貝。換句話說,一個變數經volatile修飾後在所有執行緒中必須是同步的;任何執行緒中改變了它的值,所有其他執行緒立即獲取到了相同的值。理所當然的,volatile修飾的變數存取時比一般變數消耗的資源要多一點,因為執行緒有它自己的變數拷貝更為高效。

  既然volatile關鍵字已經實現了執行緒間資料同步,又要synchronized幹什麼呢?呵呵,它們之間有兩點不同。首先,synchronized獲得並釋放監視器——如果兩個執行緒使用了同一個物件鎖,監視器能強制保證程式碼塊同時只被一個執行緒所執行——這是眾所周知的事實。但是,synchronized也同步記憶體:事實上,synchronized在“主”記憶體區域同步整個執行緒的記憶體。因此,執行geti3()方法做了如下幾步:

1. 執行緒請求獲得監視this物件的物件鎖(假設未被鎖,否則執行緒等待直到鎖釋放)

2. 執行緒記憶體的資料被消除,從“主”記憶體區域中讀入(Java虛擬機器能優化此步。。。[後面的不知道怎麼表達,汗])

3. 程式碼塊被執行

4. 對於變數的任何改變現在可以安全地寫到“主”記憶體區域中(不過geti3()方法不會改變變數值)

5. 執行緒釋放監視this物件的物件鎖

  因此volatile只是線上程記憶體和“主”記憶體間同步某個變數的值,而synchronized通過鎖定和解鎖某個監視器同步所有變數的值。顯然synchronized要比volatile消耗更多資源。

 

——————————————————————————–

講講volatile的作用

一個定義為volatile的變數是說這變數可能會被意想不到地改變,這樣,編譯器就不會去假設這個變數的值了。精確地說就是,優化器在用到這個變數時必須每次都小心地重新讀取這個變數的值,而不是使用儲存在暫存器裡的備份。下面是volatile變數的幾個例子:

    1). 並行裝置的硬體暫存器(如:狀態暫存器)

    2). 一箇中斷服務子程式中會訪問到的非自動變數(Non-automatic variables)

    3). 多執行緒應用中被幾個任務共享的變數

    回答不出這個問題的人是不會被僱傭的。我認為這是區分C程式設計師和嵌入式系統程式設計師的最基本的問題。嵌入式系統程式設計師經常同硬體、中斷、RTOS等等打交道,所用這些都要求volatile變數。不懂得volatile內容將會帶來災難。

    假設被面試者正確地回答了這是問題(嗯,懷疑這否會是這樣),我將稍微深究一下,看一下這傢伙是不是直正懂得volatile完全的重要性。

    1). 一個引數既可以是const還可以是volatile嗎?解釋為什麼。

    2). 一個指標可以是volatile 嗎?解釋為什麼。

    3). 下面的函式有什麼錯誤:

         int square(volatile int *ptr)

         {

              return *ptr * *ptr;

         }

    下面是答案:

    1). 是的。一個例子是隻讀的狀態暫存器。它是volatile因為它可能被意想不到地改變。它是const因為程式不應該試圖去修改它。

    2). 是的。儘管這並不很常見。一個例子是當一箇中服務子程式修該一個指向一個buffer的指標時。

    3). 這段程式碼的有個惡作劇。這段程式碼的目的是用來返指標*ptr指向值的平方,但是,由於*ptr指向一個volatile型引數,編譯器將產生類似下面的程式碼:

    int square(volatile int *ptr) 

    {

         int a,b;

         a = *ptr;

         b = *ptr;

         return a * b;

     }

    由於*ptr的值可能被意想不到地該變,因此a和b可能是不同的。結果,這段程式碼可能返不是你所期望的平方值!正確的程式碼如下:

     long square(volatile int *ptr) 

     {

            int a;

            a = *ptr;

            return a * a;

     }

講講我的理解: (歡迎打板子…~~!)

關鍵在於兩個地方:     

 

1. 編譯器的優化  (請高手幫我看看下面的理解)

在本次執行緒內, 當讀取一個變數時,為提高存取速度,編譯器優化時有時會先把變數讀取到一個暫存器中;以後,再取變數值時,就直接從暫存器中取值;

當變數值在本執行緒裡改變時,會同時把變數的新值copy到該暫存器中,以便保持一致

當變數在因別的執行緒等而改變了值,該暫存器的值不會相應改變,從而造成應用程式讀取的值和實際的變數值不一致

當該暫存器在因別的執行緒等而改變了值,原變數的值不會改變,從而造成應用程式讀取的值和實際的變數值不一致 

舉一個不太準確的例子: 

發薪資時,會計每次都把員工叫來登記他們的銀行卡號;一次會計為了省事,沒有即時登記,用了以前登記的銀行卡號;剛好一個員工的銀行卡丟了,已掛失該銀行卡號;從而造成該員工領不到工資 

員工 -- 原始變數地址 

銀行卡號 -- 原始變數在暫存器的備份 

2. 在什麼情況下會出現(如1樓所說)

    1). 並行裝置的硬體暫存器(如:狀態暫存器) 

    2). 一箇中斷服務子程式中會訪問到的非自動變數(Non-automatic variables) 

    3). 多執行緒應用中被幾個任務共享的變數 

    

補充: volatile應該解釋為“直接存取原始記憶體地址”比較合適,“易變的”這種解釋簡直有點誤導人; 

“易變”是因為外在因素引起的,象多執行緒,中斷等,並不是因為用volatile修飾了的變數就是“易變”了,假如沒有外因,即使用volatile定義,它也不會變化;

而用volatile定義之後,其實這個變數就不會因外因而變化了,可以放心使用了; 大家看看前面那種解釋(易變的)是不是在誤導人

------------簡明示例如下:------------------

volatile關鍵字是一種型別修飾符,用它宣告的型別變數表示可以被某些編譯器未知的因素更改,比如:作業系統、硬體或者其它執行緒等。遇到這個關鍵字宣告的變數,編譯器對訪問該變數的程式碼就不再進行優化,從而可以提供對特殊地址的穩定訪問。

使用該關鍵字的例子如下:

int volatile nVint;

>>>>當要求使用volatile 宣告的變數的值的時候,系統總是重新從它所在的記憶體讀取資料,即使它前面的指令剛剛從該處讀取過資料。而且讀取的資料立刻被儲存。

例如:

volatile int i=10;

int a = i;

//其他程式碼,並未明確告訴編譯器,對i進行過操作

int b = i;

>>>>volatile 指出 i是隨時可能發生變化的,每次使用它的時候必須從i的地址中讀取,因而編譯器生成的彙編程式碼會重新從i的地址讀取資料放在b中。而優化做法是,由於編譯器發現兩次從i讀資料的程式碼之間的程式碼沒有對i進行過操作,它會自動把上次讀的資料放在b中。而不是重新從i裡面讀。這樣以來,如果i是一個暫存器變數或者表示一個埠資料就容易出錯,所以說volatile可以保證對特殊地址的穩定訪問。

>>>>注意,在vc6中,一般除錯模式沒有進行程式碼優化,所以這個關鍵字的作用看不出來。下面通過插入彙編程式碼,測試有無volatile關鍵字,對程式最終程式碼的影響:

>>>>首先,用classwizard建一個win32 console工程,插入一個voltest.cpp檔案,輸入下面的程式碼:

>>

#i nclude <stdio.h>

void main()

{

int i=10;

int a = i;

printf(“i= %d”,a);

//下面彙編語句的作用就是改變記憶體中i的值,但是又不讓編譯器知道

__asm {

mov dword ptr [ebp-4], 20h

}

int b = i;

printf(“i= %d”,b);

}      

然後,在除錯版本模式執行程式,輸出結果如下:

i = 10

i = 32

然後,在release版本模式執行程式,輸出結果如下:

i = 10

i = 10

輸出的結果明顯表明,release模式下,編譯器對程式碼進行了優化,第二次沒有輸出正確的i值。下面,我們把 i的宣告加上volatile關鍵字,看看有什麼變化:

#i nclude <stdio.h>

void main()

{

volatile int i=10;

int a = i;

printf(“i= %d”,a);

__asm {

mov dword ptr [ebp-4], 20h

}

int b = i;

printf(“i= %d”,b);

}      

分別在除錯版本和release版本執行程式,輸出都是:

i = 10

i = 32

這說明這個關鍵字發揮了它的作用!

------------------------------------

volatile對應的變數可能在你的程式本身不知道的情況下發生改變

比如多執行緒的程式,共同訪問的記憶體當中,多個程式都可以操縱這個變數

你自己的程式,是無法判定合適這個變數會發生變化

還比如,他和一個外部裝置的某個狀態對應,當外部裝置發生操作的時候,通過驅動程式和中斷事件,系統改變了這個變數的數值,而你的程式並不知道。

對於volatile型別的變數,系統每次用到他的時候都是直接從對應的記憶體當中提取,而不會利用cache當中的原有數值,以適應它的未知何時會發生的變化,系統對這種變數的處理不會做優化——顯然也是因為它的數值隨時都可能變化的情況。

——————————————————————————–

典型的例子

for ( int i=0; i<100000; i );

這個語句用來測試空迴圈的速度的

但是編譯器肯定要把它優化掉,根本就不執行

如果你寫成 

for ( volatile int i=0; i<100000; i );

它就會執行了

volatile的本意是“易變的” 

由於訪問暫存器的速度要快過RAM,所以編譯器一般都會作減少存取外部RAM的優化。比如:

static int i=0;

int main(void)

{

while (1)

{

if (i) dosomething();

}

}

void ISR_2(void)

{

i=1;

}

程式的本意是希望ISR_2中斷產生時,在main當中呼叫dosomething函式,但是,由於編譯器判斷在main函式裡面沒有修改過i,因此

可能只執行一次對從i到某暫存器的讀操作,然後每次if判斷都只使用這個暫存器裡面的“i副本”,導致dosomething永遠也不會被

呼叫。如果將將變數加上volatile修飾,則編譯器保證對此變數的讀寫操作都不會被優化(肯定執行)。此例中i也應該如此說明。

一般說來,volatile用在如下的幾個地方:

1、中斷服務程式中修改的供其它程式檢測的變數需要加volatile;

2、多工環境下各任務間共享的標誌應該加volatile;

3、儲存器對映的硬體暫存器通常也要加volatile說明,因為每次對它的讀寫都可能由不同意義;

另外,以上這幾種情況經常還要同時考慮資料的完整性(相互關聯的幾個標誌讀了一半被打斷了重寫),在1中可以通過關中斷來實

現,2中可以禁止任務排程,3中則只能依靠硬體的良好設計了。