使用 C++ 原子库，我应该使用啥内存顺序进行加载，然后进行比较交换？

Posted 2023-02-22

【中文标题】使用 C++ 原子库，我应该使用啥内存顺序进行加载，然后进行比较交换？

【英文标题】：Using the C++ atomic lib, what memory order(s) should I use for a load followed by a compare exchange?使用 C++ 原子库，我应该使用什么内存顺序进行加载，然后进行比较交换？

【发布时间】：2017-01-31 17:53:26

【问题描述】：

例如，多个线程执行 update() 函数：

// Statically allocated
atomic<int> high_water0;
//...
void update(int meas)

int i;
bool replaced;
do

i = high_water.load(?);
if (i >= meas)
  break;
replaced = high_water.compare_exchange_strong(i, meas, ?, ?);

while (!replaced);
// ...

（我正在尝试实现在多个线程中进行的单个测量的共享高水位标记。）

【参考方案1】：

compare_exchange_strong 相对于high_water 是原子的，无论您指定什么内存顺序。内存排序仅与 other 内存操作有关。这在很大程度上取决于其他线程需要查看high_water 的方式和时间。由于meas 仅在此线程中可见，因此无需考虑其他加载和存储。因此，memory_order_relaxed 是正确的。

---

作为辅助说明，compare_exchange_strong 将第一个参数替换为观察值，因此执行 load 是多余的。

int i = high_water.load(std::memory_order_relaxed);
while (i < meas
      && high_water.compare_exchange_strong(i,
                                            meas,
                                            std::memory_order_relaxed,
                                            std::memory_order_relaxed
                                           )
      )
    continue;

【讨论】：

while ( i < meas && ! high_water.compare_exchange_strong(…) ) ;

【参考方案2】：

我应该使用什么内存顺序进行加载，然后进行比较交换？

无法判断，因为您没有显示调用 update() 的代码。 如果您使用memory_order_relaxed（或任何比默认值更弱的东西），那么在某些平台上，围绕该调用的内存操作的重新排序是真实存在的。 high_water实际上可能用于在线程之间同步数据。 如果您不担心这些可能的重新排序，那么std::memory_order_relaxed 很好。

一般来说，对于这些类型的操作，我不会使用比默认 (std::memory_order_seq_cst) 更弱的排序。 由于std::compare_exchange_strong 是一个读取-修改-写入 (RMW) 操作，根据定义，它是昂贵的，因为它在核心之间同步原子的值， 改变内存顺序不会有太大的优势。至少在 X86 上，使用您的代码，编译器将为 std::memory_order_seq_cst 和 std::memory_order_relaxed 发出完全相同的目标代码。

旁注，由于您处于循环中，您可能希望使用compare_exchange_weak()，这可能会虚假失败，但这是由循环处理的。