多处理器系统中 volatile 关键字的成本是多少？

Question

我们遇到了性能问题，一个潜在的罪魁祸首是集中使用易失性单例。具体代码的形式为：

class foo {
  static volatile instance;
  static object l = new object();

  public static foo Instance {
    if (instance == null)
      lock(l) {
        if (instance == null)
          instance = new foo();
      }

    return instance;
  }
}

它在 8 路盒子上运行，我们看到上下文切换速度达到每秒 500,000 次。典型的系统资源很好 - 25% cpu 利用率、25% 内存利用率、低 IO、无分页等。

使用

volatile

字段是否会导致内存屏障或任何类型的 CPU 缓存重新加载？或者它每次都只是在主内存之后，仅针对该字段？

Answer 1

lock

确实会产生内存屏障，因此如果您始终访问锁中的实例，则不需要 volatile。

根据本网站：

C# 易失性关键字实现获取和释放语义，这意味着读取时的读内存屏障和写入时的写入内存屏障。

Answer 2

易失性不会做的一件事是导致上下文切换。 如果您看到每秒 500,000 次上下文切换，则意味着您的线程正在阻塞某些内容，而 volatile 不是罪魁祸首。

Answer 3

可悲的是，单身人士几乎在所有事情上都受到了不好的批评:)

这不是我的专业领域，但据我所知，除了编译器/运行时不出于优化目的重新排序读/写（对变量）之外，易失性没有什么特别的。

编辑：我纠正了。 易失性不仅会引入内存屏障，而且发生的情况（顺便说一句，性能）在很大程度上取决于所涉及的特定 CPU。 请参阅http://dotnetframeworkplanet.blogspot.com/2008/11/volatile-field-and-memory-barrier-look.html

这就是为什么你仍然需要锁。

可能/可能尚未回答的问题：

1. 您的单例实例实际上在做什么？ 也许实例代码需要重构...
2. 正在运行的进程的线程数是多少？ 如果您的线程数异常高，那么 8 路盒子对您没有帮助。
3. 如果高于预期，为什么？
4. 系统上还运行着什么？
5. 性能问题是否一致？

Answer 4

在您的示例中，易失性不应该成为任何“减速”的主题。 然而，lock() 可能涉及到内核的大量往返，特别是在存在大量锁争用的情况下。

在这种情况下确实没有必要锁定你的单例，你可以 做

class Foo {
  static Foo instance = new Foo();
  public static Foo FooInstance() {
    return instance ;
  }
}

当然，如果在很多不同的线程中使用“instance”，您仍然需要 lock() 任何改变 Foo 的东西，除非 Foo 的所有方法/属性都是只读的。 例如

 class Foo {
      static Foo instance = new Foo();
      object l = new object();
      int doesntChange = 42;
      int canChange = 123;
      public static Foo FooInstance() {
        return instance ;
      }
      public void Update(int newVal) {
         lock(l) { // you'll get a lot of trouble without this lock if several threads accesses the same FOO. Atleast if they later on read that variable 
            canChange = newVal;
         }

      public int GetFixedVal() {
         return doesntChange; //no need for a lock. the doesntChange is effectivly read only
      }
    }

Answer 5

对于单例来说确实没有必要使用 易失性，因为您只需设置它一次 - 并锁定设置它的代码。请参阅 Jon Skeet 关于单例的文章 了解更多信息。

Answer 6

简短的回答是，是的，它会创建内存屏障（刷新所有内容并进入主内存，而不仅仅是单个变量），但不会，它不会成为上下文切换的原因。

另外，正如其他人提到的，我不认为这里需要 volatility。