一道关于volatile的难题(涉及到多核和单核)

    class ThreadSyncDemo
    {
        static volatile int sum = 0;  // 静态变量
        static void foo1()
        {
            for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)     // 10亿次
            {
                sum++;
            }
            Console.WriteLine("foo1() completed, sum  is " + sum);
        }
        static void foo2()
        {
            for (int i = 0; i < 1000000000; ++i)  // 10亿次
            {
                sum++; 
            }
            Console.WriteLine("foo2() completed, sum  is " + sum);
        }
        // 主函数
        static void Main()
        {

            Thread t1 = new Thread(foo1);
            t1.Start();
            Thread t2 = new Thread(foo2);
            t2.Start();
            Console.ReadLine();
        }
    }

  大家在自己的电脑上编译运行上面的代码，最后结果是否是20亿？？？(我的CPU是T9300 双核)
  
  foo1() completed, sum  is 1008290573
  foo2() completed, sum  is 1037423262
  请按任意键继续. . .

  能否说说原因。。。 --------------------编程问答-------------------- 我的结果是
foo1() completed, sum is 1971071770
foo2() completed, sum is 2000000000
--------------------编程问答-------------------- 你想做什么？

引用 MSDN:

volatile 关键字指示一个字段可以由多个同时执行的线程修改。声明为 volatile 的字段不受编译器优化（假定由单个线程访问）的限制。这样可以确保该字段在任何时间呈现的都是最新的值。

这不很正常吗？结果显然并不是自加10亿次，大家都在往上加...你多开几个线程加得更多... --------------------编程问答-------------------- foo1() completed, sum is 1021431908
foo2() completed, sum is 1235668282 --------------------编程问答-------------------- 用join 或者lock都可以得到正确数据 --------------------编程问答-------------------- 同疑惑，大概的意思知道，就是说在访问的时候，有volatile标记的是读取内存，没volatile标记的读取寄存器缓存的值，实际中什么情况是明显的这个关键字的用途所在呢？

^_^

跟楼主一起等答案。 --------------------编程问答-------------------- 线程的执行是乱序的,所以你的foo1和foo2不可能按着顺序完成,也就是说结果20亿相当于foo1和foo2必须全部完成再打印才可能,如果foo1先完成的时候,foo2可能只加了100,结果就回事1000000100,即那十亿的累加加上目前另一个线程完成的100的累加,这样结果就达不到20亿,从你的结果看,你,你的两个线程的确都按照你的本意正常运行了. --------------------编程问答-------------------- 测试了代码,按照你的写法,表达的应该是,至少一个结果应该是20亿,你用volatile就是为了从虚拟内存中并行读取一个值.
但是,CLI使用的是纯堆栈的用,所以就算使用vol关键字,你的sum还是得先入栈,就因为这一步,你foo1刚入栈,切换到foo2运行,也入栈并完成计算,这样foo1,foo2假使读取的都是1000,经过foo2运算sum是1001,但是你foo1接着刚才运算还是1001,这样虽然foo1和2都对sum加1,最后内存里的sum不是1002,依旧是1001,这就是为啥有时候达不到20亿的原因.
--------------------编程问答-------------------- 哦，昨天没仔细看...你想得到刚好20亿的结果？那是不可能的...内存本身就有延迟，硬件架构就有限制... --------------------编程问答-------------------- 实际上，我也很疑惑，volatile到底什么情况下用的到。 --------------------编程问答-------------------- 应该是多处理器使用各自局部缓存造成不同步造成的。

可以在Hyper-Threading单处理器上运行验证下。 --------------------编程问答--------------------

引用 9 楼 wuyazhe 的回复:

实际上，我也很疑惑，volatile到底什么情况下用的到。

用处是...

可以从多个线程安全地访问“只需要执行单个原子操作就能修改”的成员，而不需要使用正式的线程同步技术...

也就是说...为原子操作提供一种简易而又安全的多线程访问方法... --------------------编程问答-------------------- 很感谢大家对这个问题感兴趣，实际上我在很多电脑上运行过这个程序，如果是单核的CPU，最后输出的结果一定是20亿，如果是多核的CPU，结果一般小于20亿。当然，如果加上lock之后，那结果是肯定是等于20亿。我想知道的到底单核和多核CPU在处理volatile问题上的区别而已。 --------------------编程问答--------------------

引用 12 楼 hehuaiwen 的回复:

很感谢大家对这个问题感兴趣，实际上我在很多电脑上运行过这个程序，如果是单核的CPU，最后输出的结果一定是20亿，如果是多核的CPU，结果一般小于20亿。当然，如果加上lock之后，那结果是肯定是等于20亿。我想知道的到底单核和多核CPU在处理volatile问题上的区别而已。

你可以找一个Atom或者单个P4 Xeon(2.0~3.8)或者P4 C/E/3.06B/524 电脑来试。

这种CPU具备超线程技术，有2个逻辑CPU，有2组寄存器，但是只有1组缓存。
如果和单线程一样，是2亿，就验证了我的观点。 --------------------编程问答--------------------

引用 12 楼 hehuaiwen 的回复:

很感谢大家对这个问题感兴趣，实际上我在很多电脑上运行过这个程序，如果是单核的CPU，最后输出的结果一定是20亿，如果是多核的CPU，结果一般小于20亿。当然，如果加上lock之后，那结果是肯定是等于20亿。我想知道的到底单核和多核CPU在处理volatile问题上的区别而已。

首先你要明白，每CPU/Core任何一个指令周期只可能有一个线程在执行...所以单CPU/Core最后输出的结果一定是20亿，因为线程是轮流执行的不会争用...

这个问题应该和超线程无关...超线程只是模拟多线程并行，本质上并没改变...当两个线程同时争用一个资源时，其中一个线程要暂时停止并让出资源，直到资源闲置后才能继续... --------------------编程问答-------------------- 这也是为什么MSDN上说...volatile字段适用于“只需要执行单个原子操作就能修改”的资源，同时还说...

引用 MSDN:

但是，如果此数据成员是类、结构或数组，那么，从多个线程访问它可能会导致间歇的数据损坏。假设有一个更改数组中的值的线程。Windows 会定期中断线程，以便允许其他线程执行。因此，此线程会在分配某些数组元素之后和分配其他元素之前被停止。由于数组现在有了一个程序员从不想要的状态，因此，读取此数组的另一个线程可能会失败。

--------------------编程问答-------------------- 不会用这个。。。。 --------------------编程问答-------------------- 因为sum++不是原子操作。

具体解释见下贴2楼：
http://topic.csdn.net/u/20080821/19/C522CAC6-89C7-434A-92C5-390B4289C889.html --------------------编程问答--------------------

引用 17 楼 gomoku 的回复:

因为sum++不是原子操作。

具体解释见下贴2楼：
http://topic.csdn.net/u/20080821/19/C522CAC6-89C7-434A-92C5-390B4289C889.html

我电脑上运行不是总为那个结果。 --------------------编程问答-------------------- 既然大家都在谈理论，那我有空试验下。 --------------------编程问答-------------------- --------------------编程问答--------------------

引用 18 楼 wuyazhe 的回复:

引用 17 楼 gomoku 的回复:
因为sum++不是原子操作。

具体解释见下贴2楼：
http://topic.csdn.net/u/20080821/19/C522CAC6-89C7-434A-92C5-390B4289C889.html

我电脑上运行不是总为那个结果。

要是总是那个结果程序员就轻松了:)
竞态(racing)是最难重现和调试的。

另：严格的说，单核的机器也会出现上述问题（如果线程切换正好发生在特殊点上）。不过这种运气实在是太稀少了。 --------------------编程问答--------------------

引用 19 楼 caozhy 的回复:

既然大家都在谈理论，那我有空试验下。

嗯，支持试验...超线程那部分我是估计的...我这没法验证，找不到单核计算机了... --------------------编程问答--------------------

引用 22 楼 vrhero 的回复:

引用 19 楼 caozhy 的回复:
既然大家都在谈理论，那我有空试验下。

嗯，支持试验...超线程那部分我是估计的...我这没法验证，找不到单核计算机了...

我回家给你结果去。04年笔记本。单核… --------------------编程问答-------------------- 1楼就是在家测试的了。 --------------------编程问答-------------------- --------------------编程问答-------------------- to 9 楼
实际上，我也很疑惑，volatile到底什么情况下用的到。

struct SpinLock
{
    private volatile int token=0;

    public void Enter()
    {
        while(Interlocked.Exchange(ref token, 1)!=0) // spin
    }

    public void Exit()
    {
       token=0;
    }
} --------------------编程问答-------------------- 我来给答案。
sum++等同于sun=sum+1，既要先读后加最后赋值三步操作。
volatile的作用是不保证原子性也不保证顺序性，而是把数据放入内存中，故两函数读该内存数据时不能保证值为最新值。
例：内存数据值为10，函1读取10，函数2加1后为11，此时内存为11，同时函1还是10，相加后又将数据赋给内存11.

补充：.NET技术 ,  C#