У тебя тут прям книжный пример гонки.
Используй System.Threding.Interlocked, чтобы гарантировать порядок чтения/записи.
MemoryFence очень редко когда нужен - это раз.
Его нужно использовать и на стороне чтения тоже - это два.
могут ли операции чтения переставляется
Могут и переставляться, и кэшироваться, и удаляться "лишние" чтения по мнению компилятора, если не обмазываться атомиками.
но чтение должно не знать, что оно в многопоточной среде и должно быть максимально быстрым.
Вспоминается анекдот:
Сколько будет 453 * 774?
954755 - ответил без раздумий.
Но это же не правильно...
Зато быстро!
Такой асемблерный код генерится
Завтра, когда обновиться компилятор, рантайм, JIT соберёт другую статистику, программа будет запущена на другом компьютере, меркурий будет в Козероге - сгенерится другой код.
Если вдруг да, то есть ли какой-то алгоритм способ, техника, или атрибут, который может гарантировать что все на месте
Interlocked либо уже готовые структуры типа ConcurrentDictionary.
Если добавить контекста:
1. Сколько потоков пишут
2. Сколько потоков читают
3. Как вообще эти данные используются
То можно будет уже говорить об оптимальном решении.