C# 易失性读取行为

Question

在C#.net ConcurrentDictionary（C#参考源）的参考源代码中，我不明白为什么在以下代码片段中需要进行易失性读取：

public bool TryGetValue(TKey key, out TValue value)
{
    if (key == null) throw new ArgumentNullException("key");
      int bucketNo, lockNoUnused;

    // We must capture the m_buckets field in a local variable. 
    It is set to a new table on each table resize.
    Tables tables = m_tables;
    IEqualityComparer<TKey> comparer = tables.m_comparer;
    GetBucketAndLockNo(comparer.GetHashCode(key), 
                      out bucketNo, 
                      out lockNoUnused,
                      tables.m_buckets.Length,
                      tables.m_locks.Length);

    // We can get away w/out a lock here.
    // The Volatile.Read ensures that the load of the fields of 'n'
    //doesn't move before the load from buckets[i].
    Node n = Volatile.Read<Node>(ref tables.m_buckets[bucketNo]);

    while (n != null)
    {
        if (comparer.Equals(n.m_key, key))
        {
            value = n.m_value;
            return true;
         }
         n = n.m_next;
     }

     value = default(TValue);
     return false;
 }

评论：

// We can get away w/out a lock here.
// The Volatile.Read ensures that the load of the fields of 'n' 
//doesn't move before the load from buckets[i].
Node n = Volatile.Read<Node>(ref tables.m_buckets[bucketNo]);

让我有点困惑。

在从数组中读取变量 n 本身之前，CPU 如何读取 n 的字段？

Answer 1

易失性读取具有获取语义，这意味着它先于其他内存访问。

如果不是易失性读取，则Node我们刚刚获得的下一个字段读取可能会被 JIT 编译器或体系结构推测性地重新排序到读取节点本身之前。

如果这没有意义，请想象一个 JIT 编译器或架构读取将分配给 的任何值n，并开始推测性读取 n.m_key，这样，如果n != null，则不会出现错误预测的分支，不会出现管道泡沫或更糟糕的管道冲洗。

当一条指令的结果可以用作下一条指令的操作数（同时仍在流水线中）时，这是可能的。

对于易失性读取或具有类似获取语义的操作（例如输入锁），C# 规范和 CLI 规范都规定它必须在任何进一步的内存访问之前发生，因此不可能获得未初始化的内存。n.m_key.

也就是说，如果写入也是易失性的或由具有类似释放语义的操作（例如退出锁）保护。

如果没有易失性语义，此类推测性读取可能会返回未初始化的值n.m_key。

同样重要的是由 执行的内存访问comparer。如果节点的对象是在没有易失性释放的情况下初始化的，那么您可能会读取过时的、可能是未初始化的数据。

Volatile.Read这里需要它，因为 C# 本身无法表达对数组元素的易失性读取。m_next读取已声明的字段时不需要它volatile。