在使用Interlocked.Exchange之后如何无锁读取值？

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在使用Interlocked.Exchange之后如何无锁读取值？

假设我们有一个类，如下所示：

public class Foo
{
    private Bar bar = new Bar();
    
    public void DoStuffInThread1()
    {
        var old = Interlocked.Exchange(ref bar, new Bar());
        // 使用旧的bar进行操作
        // 这里没问题，我确保拿到了之前的bar值
    }
    
    public void OtherStuffFromThread2()
    {
        // 如何确保我在这里拿到的是最新的bar引用
        // 考虑到内存缓存等情况
        bar.Something();
    }
}

假设我们有两个线程，一个在执行`DoStuffInThread1`方法，另一个在执行`OtherStuffFromThread2`方法。

如何确保线程2始终看到最新的`bar`引用？

`volatile`修饰符无法解决此问题，而我又不想使用旧式的锁。

在某种程度上，通过内存屏障/原子操作等方式可以读取到正确的`bar`值吗？

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Lockfree Read value after Interlocked.Exchange?

在多线程编程中，经常会遇到需要读取最新值的情况。这时候，我们可以使用类似于Interlocked.CompareExchange(ref bar, null, null)的方法来实现。检查bar是否为null只是为了满足CompareExchange的签名要求（如果bar是null，则将其设置为null）。这样可以确保我们获取到的是在执行时各个CPU之间最新的可用值。

问题的出现原因是：在多线程环境中，由于各个线程的执行顺序是不确定的，有可能在某个线程执行到Interlocked.Exchange之后，其他线程还没有更新bar的值。这就导致了在读取bar时可能获取到的是旧值而不是最新值。

解决方法是使用Interlocked.CompareExchange(ref bar, null, null)。这个方法可以确保在多线程环境中获取到的是最新的可用值。通过比较bar与null的值，如果相等则将bar设置为null，然后返回bar的旧值。这样可以确保我们在执行时获取到的是各个CPU之间最新的可用值。

总之，要在多线程编程中实现无锁读取在Interlocked.Exchange之后的值，可以使用Interlocked.CompareExchange方法。这样可以确保在多线程环境中获取到的是最新的可用值，避免了读取到旧值的问题。

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Lockfree Read value after Interlocked.Exchange?

问题的出现原因：

在代码中，作者在OtherStuffFromThread2()方法中想要确保在调用bar.Something()之前拿到最新的bar引用。作者尝试使用各种方法来等待thread1准备好，但是这些方法都会导致隐式的内存屏障（memory barrier）。这种内存屏障会使得bar.Something()之前的内存操作无法被重排。

解决方法：

为了确保读取变量的最新值，可以先读取一个volatile变量，然后再读取目标变量（或者重复读取同一个volatile变量）。为什么呢？因为volatile读操作具有获取语义（acquire semantics），这意味着它不会与后续的内存操作进行重排。可以使用如下代码实现：

private static int myuselessvolatilefieldthatcanbestatic;
private int thefieldiwanttoread;

然后：

var useless = myuselessvolatilefieldthatcanbestatic;
var iwanttoknow = thefieldiwanttoread;

这样，thefieldiwanttoread将包含在对myuselessvolatilefieldthatcanbestatic进行新的读取操作之后读取到的值。

需要注意的是，没有同步机制的情况下，很难知道何时完成myuselessvolatilefieldthatcanbestatic的读取。但是可以使用如下代码结构：

while (true)
{
    var useless = myuselessvolatilefieldthatcanbestatic;
    var iwanttoknow = thefieldiwanttoread;
    // Some code goes here
}

现在至少可以在while (true)循环中使用这段代码了。

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