CLR4.0线程无法结束问题分析

   今天在看social.msdn.microsoft.com论坛上面有个帖子提出了这个问题:

The following peice of code is from C# 4.0 in a Nutshell. Ideally/logically this program should finish within 2-3 seconds, but it seems be caught in an infinite loop. Can someone explain why this happens and how one knows in advance that such a thing will happen for someother code that he/she has written. And who do you think is at fault here OS or .NET?(原始连接)

    其有疑问题的代码为：

static void Main()
{
    bool complete = false;
    var t = new Thread(() =>
    {
        //Console.WriteLine("in thread");
        bool toggle = false;
        while (!complete)
        {
            //Console.WriteLine("in loop");
            //Console.WriteLine(complete);
            toggle = !toggle;
        }
    });
    Console.WriteLine("starting thread");
    t.Start();
    Console.WriteLine("thread start");
    Thread.Sleep(1000);
    Console.WriteLine("setting complete");
    complete = true;
    Console.WriteLine("complete set");
    Console.WriteLine("Complete"+ complete);
    t.Join(); // Blocks indefinitely
    Console.WriteLine("done");
}

    其中，代码是运行在4.0上的，根据代码的表面意思，1秒后complete的值会修改为true，然后导致循环的条件不满足，从而退出线程，而实际的结果却是线程无法退出，为什么哪？

    这段代码的表面意思虽然没错，但是，在CLR4.0的优化下（CLR 2.0的优化还没有如此强悍），有些隐藏意思被翻译出来，阻止了线程的退出，准确的说，是阻止了线程中循环条件变成false。

    在CLR看来，线程中有2个内存地址，一个是complete，另一个是toggle。其中对toggle有读取操作，也有写入操作，而对complete而言，只有读取操作。

    并且，由于没有给CLR任何Hint，CLR会认为这个complete不会被其它线程更改，因此，优化为使用寄存器来保存complete的值，除了第一次以外，以后就直接读取寄存器。

    这是一个很隐蔽的隐藏含义，但是这个隐藏含义却足以导致整个行为的改变。任何程序都无法修改另一个线程中的某个寄存器的值，因此，线程中的那个被优化了的complete永远为false，也就是最终的结果——线程无法退出。

    原楼主问到这个是错误是谁的错误，OS的还是.net的，这里不得不说，这个错误是写应用程序的人与写编译器的人的理解不一致导致的。

    写编译器的人会认为，凡是多线程修改的值，写应用程序的人都会给编译器一个Hint，从而只对有Hint的变量不使用优化；而写应用程序的人，却认为所有的变量都不会优化，于是悲剧就发生了。

    既然悲剧已经发生了，就要像办法阻止悲剧再次发生，那么这个编译器需要的Hint到底是什么？——volatile关键字（或内存同步机制，lock就是一种内存同步机制，但是不太可能仅仅为了读变量而去lock）

    volatile的直译是易变的，有点难理解是不是，举个例子吧：

    如果把某个变量声明为volatile的变量，那么，编译器（JIT）就知道这个变量是易变的，所以，任何读写操作都不能优化到寄存器中，必须读写内存地址。

    这样，就可以阻止悲剧发生了。

    什么时候用volatile？

    简单的说，变量会在线程外被更改的情况下，又没有使用lock或其他内存同步机制（Thread.MemoryBarrier等），就需要这个关键字帮忙了。

    其中，在线程外被更改的情况可以分为2种：

• 变量会被其他线程更改
• 变量会被硬件更改

    第一种比较好理解，第二种对于写应用程序级别的人来说，比较难理解，也不太会遇到，就死记硬背好了，呵呵。