.NET新版本中Volatile.Read读取int ref失效，改用Value是否线程安全？

问题背景 #

我将C#的QueuedLock代码移植到F#后，该代码多年运行正常，但在.NET新版本的CI构建中出现编译错误：Volatile.Read ticketToRide无匹配重载（参数类型为int ref）。改用ticketToRide.Value可通过编译，但不确定该方式是否线程安全，特此咨询。

原C#实现 #

using System.Threading;

public sealed class QueuedLock
{
    private object innerLock;
    private volatile int ticketsCount = 0;
    private volatile int ticketToRide = 1;

    public QueuedLock()
    {
        innerLock = new Object();
    }

    public void Enter()
    {
        int myTicket = Interlocked.Increment(ref ticketsCount);
        Monitor.Enter(innerLock);
        while (true)
        {
            if (myTicket == ticketToRide)
            {
                return;
            }
            else
            {
                Monitor.Wait(innerLock);
            }
        }
    }

    public void Exit()
    {
        Interlocked.Increment(ref ticketToRide);
        Monitor.PulseAll(innerLock);
        Monitor.Exit(innerLock);
    }
}

原F#实现（编译报错版本） #

type internal QueuedLock() =
    let innerLock = Object()
    let ticketsCount = ref 0
    let ticketToRide = ref 1
    member __.Enter () =
        let myTicket = Interlocked.Increment ticketsCount
        Monitor.Enter innerLock
        while myTicket <> Volatile.Read ticketToRide do
            Monitor.Wait innerLock |> ignore
    member __.Exit () =
        Interlocked.Increment ticketToRide |> ignore
        Monitor.PulseAll innerLock
        Monitor.Exit innerLock

解答 #

编译错误原因 #

.NET新版本中Volatile.Read的重载不直接支持F#的引用单元（ref类型）——F#的ref是封装了值的引用单元对象，和C#的ref参数语义不同，因此无法直接传入Volatile.Read。

ticketToRide.Value的线程安全性 #

改用ticketToRide.Value是线程安全的，原因如下：

• 在Enter方法中，我们已经通过Monitor.Enter持有了innerLock的锁。根据.NET内存模型，Monitor的Enter和Exit操作会建立完整的内存屏障，确保持有锁期间的读取操作能获取到其他线程修改后的最新值，不存在可见性问题。
• 在Exit方法中，我们使用Interlocked.Increment修改ticketToRide，Interlocked系列操作本身是原子的，且自带内存屏障，修改后的结果会立即对其他线程可见。

修正后的F#代码 #

type internal QueuedLock() =
    let innerLock = obj()
    let ticketsCount = ref 0
    let ticketToRide = ref 1
    member __.Enter () =
        let myTicket = Interlocked.Increment ticketsCount
        Monitor.Enter innerLock
        while myTicket <> ticketToRide.Value do
            Monitor.Wait innerLock |> ignore
    member __.Exit () =
        Interlocked.Increment ticketToRide |> ignore
        Monitor.PulseAll innerLock
        Monitor.Exit innerLock

额外说明 #

如果一定要保留Volatile.Read的用法，可以通过获取引用单元内部值的地址来调用：Volatile.Read &ticketToRide.Value，但在当前场景下这是冗余的——因为Monitor锁已经提供了足够的可见性保证，不需要额外的Volatile.Read。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者knocte