Действительно ли нам нужно ключевое слово VOLATILE в C#?

Хорошо, я постараюсь объяснить очень длинную историю как можно короче:

Номер 1: пытаться проверить поведение потоков с помощью отладчика так же полезно, как многократно запускать многопоточную программу и делать вывод, что она работает нормально, потому что из 100 тестов ни один не прошел неудачно: НЕПРАВИЛЬНО! Потоки ведут себя совершенно недетерминированным (некоторые сказали бы случайным) образом, и вам нужны разные методы, чтобы убедиться, что такая программа будет работать правильно.

Номер 2: использование volatile станет очевидным, как только вы удалите его, а затем запустите свою программу в режиме отладки, а затем переключитесь в режим выпуска. Я думаю, вас ждет сюрприз... В режиме Release компилятор оптимизирует код (включая инструкции по изменению порядка и кэширование значений). Теперь, если ваши два потока выполняются на разных процессорных ядрах, тогда ядро, выполняющее поток, проверяющий значение status, будет кэшировать его значение вместо того, чтобы повторно проверять его. Другой поток установит его, но первый никогда не увидит изменения: взаимоблокировка! volatile предотвращает возникновение подобных ситуаций.

В некотором смысле, volatile является охраной на случай, если код на самом деле не запустится (и, скорее всего, не запустится) в многопоточном сценарии так, как вы думаете.

Ваш метод мышления ошибочен.

Сама природа вопросов, связанных с потоками, заключается в том, что они недетерминированы. Это означает, что то, что вы наблюдали, потенциально не является индикатором того, что может произойти в будущем.

Именно поэтому многопоточное программирование является «сложным». Он часто не поддается специальному тестированию или даже большинству модульных тестов. Единственный способ сделать это эффективно — понять весь стек вашего программного и аппаратного обеспечения и составить схему каждого возможного случая с помощью конечных автоматов.

Таким образом, многопоточное программирование — это не то, что вы видели, а то, что может произойти, каким бы невероятным оно ни было.

Тот факт, что ваш простой код не работает с volatile, ничего не значит. Ваш код слишком прост и не имеет ничего общего с volatile. Вам нужно написать очень ресурсоемкий код, чтобы создать четко видимую ситуацию гонки памяти.

Кроме того, ключевое слово volatile может быть полезно на платформах, отличных от x86/x64, с другими моделями памяти. (Я имею в виду, например, Itanium.)

Джо Даффи написал интересную информацию о volatile в своем блоге. Настоятельно рекомендую прочитать.

Затем с помощью точек останова я отслеживал потоки. Моя первоначальная концепция заключалась в том, что все три потока будут запущены одновременно, но мой поток точек останова показал, что поток выполнения потока следует один за другим (как и формат вывода, т.е. выполнение потоков сверху вниз). Ребята, почему это происходит?

Отладчик временно приостанавливает потоки, чтобы упростить отладку.

Я сомневаюсь, что ключевое слово volatile не имеет практического применения вживую. Я где-то ошибаюсь?

Скорее всего, вызовы Console.WriteLine fixing маскируют проблему. Скорее всего, они неявно создают для вас необходимый барьер памяти. Вот действительно простой фрагмент кода, который демонстрирует, что на самом деле существует проблема, когда volatile не используется для объявления переменной stop.

Скомпилируйте следующий код с конфигурацией Release и запустите его вне отладчика.

class Program
{
    static bool stop = false;

    public static void Main(string[] args)
    {
        var t = new Thread(() =>
        {
            Console.WriteLine("thread begin");
            bool toggle = false;
            while (!stop)
            {
                toggle = !toggle;
            }
            Console.WriteLine("thread end");
        });
        t.Start();
        Thread.Sleep(1000);
        stop = true;
        Console.WriteLine("stop = true");
        Console.WriteLine("waiting...");
        t.Join();
    }
}