关于C++11无锁堆栈push()函数的混淆

Question

我正在阅读安东尼·威廉姆斯的“在行动中的C++并发”，并且不理解它对lock_free_stack类的推送实现。清单7.12准确地说

void push(T const& data)
{
    counted_node_ptr new_node;
    new_node.ptr=new node(data);
    new_node.external_count=1;
    new_node.ptr->next=head.load(std::memory_order_relaxed) 
    while(!head.compare_exchange_weak(new_node.ptr->next,new_node, std::memory_order_release, std::memory_order_relaxed));
}

因此，假设有两个线程(A、B)调用push函数。它们都在循环时到达，但没有启动。因此，他们都从head.load(std::memory_order_relaxed)读取相同的值。

接下来我们要做的事情如下：

1. B线程因任何原因被删除。
2. A线程启动循环，显然成功地将一个新节点添加到堆栈中。
3. B线程回到正轨，并启动循环。

在我看来，这就是有趣的地方。因为在成功的情况下，有一个带有、load、和compare_exchange_weak(..., std::memory_order_release, ...)的std::memory_order_relaxed加载操作，所以线程之间似乎没有同步。我是说，这就像std::memory_order_relaxed - std::memory_order_release ，而不是 std::memory_order_acquire - std::memory_order_release。

因此，B线程将简单地将一个新节点添加到堆栈中，但在堆栈中没有节点时将其添加到它的初始状态，并将头重置到这个新节点。

我一直在做关于这个问题的研究，我所能找到的最好的就是在这篇exchange按修改顺序读取最后值？上。

所以问题是，这是真的吗？所有的RMW函数都以修改的顺序看到最后的值？无论我们使用什么std::memory_order，如果我们使用RMW操作，它将与所有线程(CPU等)同步，并找到被写入原子操作的最后一个值被调用？

Answer 1

因此，经过一些研究，并问了一群人，我相信我找到了正确的答案，这个问题，我希望这将是一个帮助的人。

所以问题是，这是真的吗？所有的RMW函数都以修改的顺序看到最后的值？

是的，这是真的。

无论我们使用什么std::memory_order，如果我们使用RMW操作，它将与所有线程(CPU等)同步，并找到被写入原子操作的最后一个值被调用？

是的，这也是事实，但是有一些事情需要强调。

RMW运行将只同步与一起工作的原子变量。在我们的例子中，它是head.load

也许您会问，如果RMW完成了同步，那么我们为什么需要发布-获取语义，即使是在轻松的内存顺序下。

答案是因为RMW只与它同步的变量一起工作，但是在RMW之前发生的其他操作可能在另一个线程中看不到。

让我们再看一下push函数：

void push(T const& data)
{
    counted_node_ptr new_node;
    new_node.ptr=new node(data);
    new_node.external_count=1;
    new_node.ptr->next=head.load(std::memory_order_relaxed) 
    while(!head.compare_exchange_weak(new_node.ptr->next,new_node, std::memory_order_release, std::memory_order_relaxed));
}

在这个例子中，如果使用两个推送线程，它们在某种程度上不会被同步，但在这里可以允许。

两个线程都会看到最新的头，因为compare_exchange_weak提供了这个。并且一个新的节点将始终添加到堆栈的顶部。但是，如果我们试图在这行之后获得类似于这个*(new_node.ptr->next)的值，那么new_node.ptr->next=head.load(std::memory_order_relaxed)就很容易变得丑陋：空指针可能被取消引用的。这可能是因为处理器可以改变指令的顺序，而且由于线程之间没有同步，第二个线程甚至在初始化前就可以看到指向顶级节点的指针！

这正是发布-获取语义来帮助的地方。它保证了在发布操作之前发生的所有操作都会出现在获取部分！查看并比较书中的清单5.5和5.8。

我还建议您阅读这篇关于处理器如何工作的文章，它可能为更好地理解提供一些基本信息。记忆屏障