c# - 类成员与结构成员上的 volatile 写入的奇怪行为

Question

我正在开发一个需要具有可变语义的long 类型的组件。
由于 .NET 中没有 volatile long，我创建了一个简单的包装器类型，它使用 Volatile 类处理读/写访问。
我不确定我应该使用类还是结构，所以我决定对它们进行测试，但我遇到了一个非常奇怪的行为。

测试代码如下:

internal class Program
{
    private class VolatileLongClass
    {
        private long value;

        public long Value
        {
            get { return Volatile.Read(ref value); }
            set { Volatile.Write(ref this.value, value); }
        }
    }

    private struct VolatileLongStruct
    {
        private long value;

        public long Value
        {
            get { return Volatile.Read(ref value); }
            set { Volatile.Write(ref this.value, value); }
        }
    }

    private static void Main()
    {
        const int iterations = 10;
        var totalTime = 0L;
        for (var i = 0; i < iterations; i++)
        {
            var watch = Stopwatch.StartNew();

            var volatileLong = new VolatileLongClass(); //<-- change to VolatileLongStruct
            for (var j = 0L; j < 10 * 1000 * 1000; j++)
                volatileLong.Value = j;

            var msElapsed = watch.ElapsedMilliseconds;
            Console.Out.WriteLine("Ms Elapsed = {0}", msElapsed);
            totalTime += msElapsed;
        }
        Console.Out.WriteLine("Avg = {0:N2}", (double) totalTime / iterations);
    }
}

我得到的 VolatileLongStruct 的输出:

Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Ms Elapsed = 109
Avg = 109.00

上面struct的输出是一致的。然而，VolatileLongClass 的输出是:

Ms Elapsed = 17558   <-- ***
Ms Elapsed = 105
Ms Elapsed = 105
Ms Elapsed = 105
Ms Elapsed = 105
Ms Elapsed = 105
Ms Elapsed = 17541   <-- ***
Ms Elapsed = 105
Ms Elapsed = 105
Ms Elapsed = 105
Avg = 3,593.90

如您所见，某些迭代有很大的时间差异。花费异常时间的确切迭代略有不同，但至少有一次迭代存在一致问题。

有人可以阐明为什么 volatile 写入(有时)在类成员上比在结构成员上花费的时间更长吗？

顺便说一句，上面的结果是用.Net 4.5和Release build产生的

Answer 1

时间差异很可能是循环内 var volatileLong = new VolatileLongClass(); 的结果；该语句会导致编译器一次分配空间来保存 VolatileLongClass 引用，然后在每次通过循环时创建一个新对象并将引用存储到该位置。相比之下，语句 var volatileLong = new VolatileLongStruct(); 使编译器——一次——分配空间来容纳一个 VolatileLongStruct 实例，然后在每次传递循环通过将其所有数据归零(使用正常而不是 volatile 写入)来改变该预先存在的实例。

请注意，如果代码需要结构字段具有特定的多线程语义，则此类字段应经常公开，并且结构应被视为一组用胶带粘贴在一起的变量 [例如public struct IntPair {public int V1,V2;} IntPair myPair; 应该被视为创建两个单独的变量 myPair.V1 和 myPair.V2 ].由于结构 是 ，事实上，变量的组合用胶带粘在一起，并且由于大小不是 1、2 或 4 字节的结构所呈现的任何其他抽象必然是“泄漏”，尤其是在多线程行为方面，结构最好表现出它本来的样子，而不是伪装成它不是的样子。