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用于开发者的Volatile C#（工作原理）

发布 2024年四月29日

在编程过程中，尤其是在并发性发挥重要作用的环境中，了解如何高效、安全地管理内存操作非常重要。本教程的目的是揭开.NET、Java、Python 或 Node.js 概念的神秘面纱。挥发性关键字对于在应用程序中使用多线程的开发人员来说，.NET、Java、Python 或 Node js 是一项重要功能。

我们将通过代码示例探讨 volatile 修饰符的重要性、它对内存操作的影响以及实际应用。我们还将探讨集成 C# 的 IronPDF 库使用不稳定的 C#.

了解 C# 中的易变关键字；

C# 中的 volatile 关键字主要用于表示一个字段可能会被多个并发执行的线程修改。当您使用 volatile 修饰符声明一个字段时，您会指示编译器和处理器以不同的方式处理对该字段的读取和写入。

volatile 关键字的主要功能是防止编译器对此类字段应用任何优化，因为编译器可能会错误地认为它们可以缓存值或对涉及字段的操作（如 volatile 读操作）进行重新排序。

之所以需要使用 volatile 关键字，是因为现代处理器提高性能的方式非常复杂。处理器通常会进行优化，如将变量缓存在寄存器中以加快访问速度，以及对指令重新排序以提高执行效率。然而，在多线程场景中，当多个线程在没有适当同步的情况下访问和修改同一内存位置时，这些优化可能会导致不一致。

代码示例：使用 Volatile

考虑一个简单的场景：多个线程访问一个易失性变量和一个非易失性对象。下面是一个基本例子：

public class Worker
{
    private volatile bool _shouldStop;
    public void DoWork()
    {
        while (!_shouldStop)
        {
            Console.WriteLine("Worker thread is running...");
        }
        Console.WriteLine("Worker thread has been stopped.");
    }
    public void RequestStop()
    {
        _shouldStop = true;
    }
    static void Main()
    {
        Worker worker = new Worker();
        Thread newThread = new Thread(worker.DoWork);
        newThread.Start();
        Thread.Sleep(1000);
        worker.RequestStop();
    }
}

public class Worker
{
    private volatile bool _shouldStop;
    public void DoWork()
    {
        while (!_shouldStop)
        {
            Console.WriteLine("Worker thread is running...");
        }
        Console.WriteLine("Worker thread has been stopped.");
    }
    public void RequestStop()
    {
        _shouldStop = true;
    }
    static void Main()
    {
        Worker worker = new Worker();
        Thread newThread = new Thread(worker.DoWork);
        newThread.Start();
        Thread.Sleep(1000);
        worker.RequestStop();
    }
}

Public Class Worker
'INSTANT VB TODO TASK: There is no VB equivalent to 'volatile':
'ORIGINAL LINE: private volatile bool _shouldStop;
	Private _shouldStop As Boolean
	Public Sub DoWork()
		Do While Not _shouldStop
			Console.WriteLine("Worker thread is running...")
		Loop
		Console.WriteLine("Worker thread has been stopped.")
	End Sub
	Public Sub RequestStop()
		_shouldStop = True
	End Sub
	Shared Sub Main()
		Dim worker As New Worker()
		Dim newThread As New Thread(AddressOf worker.DoWork)
		newThread.Start()
		Thread.Sleep(1000)
		worker.RequestStop()
	End Sub
End Class

VB C#

在本例中，shouldStop 是一个标有易变修饰符的字段。 DoWork方法在工作线程中运行，并在一个循环中持续检查shouldStop字段。主线程会休眠一小段时间，然后调用RequestStop方法来修改shouldStop。将 shouldStop 标记为易失性可确保始终从主内存读取最新值，只影响指向该值的指针，并且所有线程都能及时看到更新后的值。

易失性如何影响内存操作

volatile 关键字的使用会通过引入内存障碍影响内存操作，甚至会影响通常位于特定线程堆栈中的局部变量。内存障碍会阻止处理器或编译器出于优化目的允许的某些内存重排序。具体来说，将字段标记为易失字段可以确保

对易失字段的每次写入都会产生内存障碍。
每次从易失字段读取数据之前都会有一个内存屏障。
这些内存障碍可确保读取或写入前后的操作完成后再继续。这在多线程应用程序中对于保持变量的一致性和可见性至关重要。

易失性与锁定

必须区分 volatile 关键字和锁关键字等同步构造。 volatile 可以确保变量的值始终从主存储器中获取，但它没有提供任何机制来确保涉及多个变量的操作序列是原子性的。为了实现原子性，必须使用锁等同步构造。

例如，当满足特定条件时，工作线程需要更新两个变量。仅仅将这些变量标记为易失性并不能防止另一个线程看到不一致的状态，即一个变量更新了，但另一个没有更新。在这种情况下，需要加锁以确保这些操作不间断地进行。

IronPDF 简介

IronPDFPDF 是一个多功能 .NET 库，专为希望直接从 HTML、JavaScript、CSS 和图像创建、处理和生成 PDF 文件的开发人员量身定制。该库利用 Chrome 渲染引擎，确保生成的 PDF 保持视觉保真度，准确反映人们在浏览器中看到的内容。

IronPDF 的优势在于无需使用繁琐的 PDF 生成 API，提供了一种简化的 PDF 创建方法，可以像将网页和 HTML 代码转换为专业格式的 PDF 一样简单。

IronPDF 不仅能创建 PDF，还能提供编辑、保护甚至提取 PDF 内容的功能。它支持各种 PDF 操作，如添加页眉、页脚和数字签名，管理 PDF 表单，以及通过密码保护和权限确保安全性。

它的设计高效，不依赖外部依赖性，简化了在 Windows、macOS 和 Linux 等不同 .NET 支持平台上的部署。

使用 IronPdf 与 C# Volatile

IronPdf 和 C# 中的 volatile 关键字服务于软件开发的不同方面。 IronPDF 专注于 PDF 的生成和操作，而 C# 中的 volatile 则通过防止特定类型的编译器优化（这些优化可能会导致多线程上下文中的不正确行为）来确保涉及多线程的程序的正确性。

将 IronPDF 与 C# 的 volatile 关键字集成可能会在需要由多个线程控制 PDF 生成或操作的场景中发挥作用，例如在根据并发用户请求即时生成和提供 PDF 报告的 Web 应用程序中。在这里，volatile 可用于处理线程之间有关 PDF 生成过程状态的标志或信号。

代码示例：使用 IronPDF 和 Volatile 并发生成 PDF

下面是一个示例，演示如何在多线程 C# 应用程序中使用 IronPDF，并使用易失性标志管理生成过程：

using IronPdf;
using System;
using System.Threading;
public class PDFGenerator
{
    private volatile bool _isProcessing;
    public void GeneratePDF()
    {
        if (!_isProcessing)
        {
            _isProcessing = true;
            try
            {
                var renderer = new ChromePdfRenderer();
                var PDF = renderer.RenderHtmlAsPdf("<h1>Hello, World!</h1>");
                PDF.SaveAs("example.pdf");
                Console.WriteLine("PDF generated successfully.");
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine("Failed to generate PDF: " + ex.Message);
            }
            finally
            {
                _isProcessing = false;
            }
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("Generation in progress, please wait...");
        }
    }
    static void Main()
    {
        License.LicenseKey = "License-Key";
        PDFGenerator generator = new PDFGenerator();
        Thread t1 = new Thread(generator.GeneratePDF);
        Thread t2 = new Thread(generator.GeneratePDF);
        t1.Start();
        t2.Start();
        t1.Join();
        t2.Join();
    }
}

using IronPdf;
using System;
using System.Threading;
public class PDFGenerator
{
    private volatile bool _isProcessing;
    public void GeneratePDF()
    {
        if (!_isProcessing)
        {
            _isProcessing = true;
            try
            {
                var renderer = new ChromePdfRenderer();
                var PDF = renderer.RenderHtmlAsPdf("<h1>Hello, World!</h1>");
                PDF.SaveAs("example.pdf");
                Console.WriteLine("PDF generated successfully.");
            }
            catch (Exception ex)
            {
                Console.WriteLine("Failed to generate PDF: " + ex.Message);
            }
            finally
            {
                _isProcessing = false;
            }
        }
        else
        {
            Console.WriteLine("Generation in progress, please wait...");
        }
    }
    static void Main()
    {
        License.LicenseKey = "License-Key";
        PDFGenerator generator = new PDFGenerator();
        Thread t1 = new Thread(generator.GeneratePDF);
        Thread t2 = new Thread(generator.GeneratePDF);
        t1.Start();
        t2.Start();
        t1.Join();
        t2.Join();
    }
}

Imports IronPdf
Imports System
Imports System.Threading
Public Class PDFGenerator
'INSTANT VB TODO TASK: There is no VB equivalent to 'volatile':
'ORIGINAL LINE: private volatile bool _isProcessing;
	Private _isProcessing As Boolean
	Public Sub GeneratePDF()
		If Not _isProcessing Then
			_isProcessing = True
			Try
				Dim renderer = New ChromePdfRenderer()
				Dim PDF = renderer.RenderHtmlAsPdf("<h1>Hello, World!</h1>")
				PDF.SaveAs("example.pdf")
				Console.WriteLine("PDF generated successfully.")
			Catch ex As Exception
				Console.WriteLine("Failed to generate PDF: " & ex.Message)
			Finally
				_isProcessing = False
			End Try
		Else
			Console.WriteLine("Generation in progress, please wait...")
		End If
	End Sub
	Shared Sub Main()
		License.LicenseKey = "License-Key"
		Dim generator As New PDFGenerator()
		Dim t1 As New Thread(AddressOf generator.GeneratePDF)
		Dim t2 As New Thread(AddressOf generator.GeneratePDF)
		t1.Start()
		t2.Start()
		t1.Join()
		t2.Join()
	End Sub
End Class

VB C#

不稳定的 C#（如何为开发人员工作）：图 1

结论

了解 C# 中的 volatile 关键字对于处理多个线程并需要确保数据一致性和可见性的开发人员来说至关重要。 volatile 修饰符可以防止优化导致多线程环境中的不正确行为，在编写可靠的并发应用程序中发挥着至关重要的作用。然而，认识到其局限性并了解何时需要其他同步技术来确保复杂操作的原子性也是至关重要的。

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