volatile修饰词的作用

volatile修饰词的作用

• 在阅读源码时，经常看到某些变量被 voltaile 修饰，不知道其作用，所以深入了解了一下
• 先说结果： 防止在release模式下编译时代码被优化，变量被缓存到寄存器中
  • 这样的优化在多线程环境下可能会出现业务上的错误。

场景演示

• source code

namespace VolatileSample;

internal class Program
{
    static bool _stop;

    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("主线程开始");

        var task = Task.Run(() =>
        {
            bool flag = false;
            while (!_stop)
            {
                flag = !flag; // 必须有实际内容，并且要有实际意义（防止被优化）
				// Thread.Sleep(10); // 不能添加Sleep
            }
            Console.WriteLine("测试线程终止");
        });

        Thread.Sleep(1000);
        _stop = true;
        task.Wait();
        Console.WriteLine("主线程结束");
        Console.ReadLine();
    }
}

• 以上代码分别在 debug 和 release 模式下运行，结果不一致，在 release 模式下运行会被卡住（注意要点击exe运行，不要调试运行）

debug模式

• 以下是vs中debug模式下反汇编出来的代码

  • 

  # while (!_stop)
  movzx ecx, byte ptr [7FF9326CE4ABh]
  test ecx, ecx
  sete cl
  # 这里简化以下
  cmp ecx, 0
  jne VolatileSample.Program+<>c.<Main>b__1_0()+02Dh (07FF93264823Dh) # 即 while循环中的代码
  # Cnsole.WriteLine("测试线程终止");
  mov rcx, ...
  

• 汇编代码解读

  • movzx ecx, byte ptr [7FF9326CE4ABh]: 将 _stop 值放到寄存器 ecx 中
  • test ecx, ecx: 判断 ecx 是否是0，如果是 ZF 设置为1，否则设置为 0
  • sete cl: 将 ZF 值赋值给 cl 寄存器
  • cmp ecx, 0: 判断 ecx 是否为0，如果是 ZF 设置为1，否则设置为 0
  • jne ...: 如果 ZF 是0，则跳转到指定位置，如果 ZF是1，则继续往下执行

• 可以看到，每次 while (!_stop) 判断的时候，都是从内存中读取值在做判断，所以执行逻辑没有问题，接下来再看看 Release 模式下的汇编代码

release 模式

• 

• 从上图中可以看出，程序进入了一个死循环，且没有任何判断条件，这就是 release模式下卡死的原因

• 汇编代码解读:

  • movcx eax, byte ptr[7FF92DCDE4A3h] 将 _stop 值放到寄存器 eax 中
  • test eax, eax \ jne 00007FF92DC523F9 如果 eax 为 1 ，则不执行 while(){} 中的循环，从上下文看，这里的判断只会执行一次，要么不执行循环体，要么永远在循环体中出不来

解决办法

• _stop 变量使用 volatile 修饰： static volatile bool _stop;

• 

• 以上汇编代码为加了 volatile 的release模式代码，可以看出，while 的每次判断都是从内存中新取出的值进行判断，也就不存在卡死的问题