在C++11中引入了内存顺序(memory order)这一概念，我查阅资料进行了一番研究，把认为有用的知识点整理记录下来，方便以后查阅。

C++11引入的几种内存顺序

它们以枚举定义的方式被定义出来，有以下几种：

  • memory_order_relaxed
  • memory_order_consume
  • memory_order_acquire
  • memory_order_release
  • memory_order_acq_rel
  • memory_order_seq_cst

内存顺序规定了在原子操作前后是否能够进行内存访问重排序，这里的内存访问包括原子化和非原子化的内存访问。

松散顺序（relaxed ordering）

使用 memory_order_relaxed 作为参数的原子化操作并不进行同步，它不强调对并发内存访问的顺序限制，它只保证原子性和修改顺序的一致性。

例如，以下代码中 x 和 y 的初始值为0，最终的运行结果可能是 r1==r2==42 。

// Thread 1:
r1 = y.load(std::memory_order_relaxed); // A
x.store(r1, std::memory_order_relaxed); // B
// Thread 2:
r2 = x.load(std::memory_order_relaxed); // C
y.store(42, std::memory_order_relaxed); // D

松散顺序（relaxed memory ordering）典型应用场景是增长型计数器。例如智能指针 std::shared_ptr 的引用计数器，因为在增加计数时只对原子性有要求，且对顺序或同步性无要求。注意，在减少引用计数时，需要进行 获取-释放 同步（ acquire-release synchronization）。

释放-获得顺序（release-acquire ordering）

当在线程A中进行原子化的存储（store）操作时使用 memory_order_release 作为参数，并且在线程B中进行原子化的加载（load）操作时使用 memory_order_acquire 作为参数，在线程A中所有写入内存的数据（包括非原子变量和松散的原子变量）在存储操作完成后，在线程B中执行完加载操作后能够获取到。

只有在释放和获取同一个原子变量的两个线程之间才有同步关系，在其他的线程中可能会看到不同的内存访问顺序。

互斥锁是 获取-释放 同步的典型范例，当互斥锁在线程A中进行解锁（释放），在线程B中进行加锁（获取）后，在线程A中的进行的修改操作就能够在线程B中获取到。

释放-消耗顺序（release-consume ordering）

当在线程A中进行原子化的存储（store）操作时使用 memory_order_release 作为参数，并且在线程B中进行原子化的加载（load）操作时使用 memory_order_consume 作为参数，在线程A中所有写入内存的原子变量数据在存储操作完成后，在线程B中执行完加载操作后能够获取到。

注意：与 释放-获得 顺序不同的是， 释放-消耗 顺序并不会保证非原子变量的一致性。

释放-消耗 顺序适用于修改概率较小的并发数据结构，例如路由表、配置项、安全策略、防火墙规则等。

从C++17开始，对 释放-消耗 顺序进行了修订，暂时不推荐使用 memory_order_consume 。

顺序一致性(sequentially-consistent ordering)

顺序一致性同时满足以下特点：

  1. 每个线程中的执行顺序与代码中的先后顺序一致
  2. 所有线程中的各个执行步骤之间都是原子化的（操作之间不会重叠）

例如有T1和T2两个线程，在T1线程中执行A和B原子操作，在T2线程中执行C和D原子操作，如下图所示。

nil

在顺序一致性条件下，允许出现前5种执行结果，不允许出现第6种执行结果。

nil

顺序一致性是最保守的，潜在的性能损耗也是最高的。

参考资料

（全文完）