std::atomic;执行保证？

Question

我知道 std::atomic 应该具有明确定义的行为，但我找不到这个问题的易于理解的在线答案：Do std::atomic.load() 和 .store() 有执行保证吗？

如果两个线程尝试对同一个 std::atomic 对象进行并发写入或读取，是否保证写入和读取都被执行？换句话说，写入或读取任务是否有可能根本无法完成？其中之一或两者会被阻止吗？或者它们保证是连续的？我不是在这里询问操作顺序。我只是简单地询问手术是否会在未来某个未指定的时间进行。

Answer 1

编译器和处理器确保执行编程的操作是一个基本假设。这与 std::atomic 无关。 std::atomic 提供的保证是单个操作以原子方式发生。

那么这意味着什么呢？

考虑两个线程 A 和 B，它们都递增相同的整数变量。此操作通常涉及读取整数、加 1 并写入结果（请注意，这只是一个示例，C++ 标准没有说明操作如何分解为原子步骤，因此我们不能根据标准）。

在这种情况下，我们将有“读取”、“添加一个”和“写入”步骤。对于每个线程，保证这些步骤按该顺序执行，但不能保证这些步骤如何交错。它可能是：

   B: read
   B: add1
   B: write
   A: read
   A: add1
   A: write

导致整数增加两次。

也可能

   A: read
   A: add1
   B: read
   B: add1
   B: write
   A: write

会导致整数仅增加一次。

因此，此实现将具有竞争条件。

为了摆脱这个问题，我们可以使用 std::atomic 而不是普通的 int 来表示整数。 std::atomic 实现了 ++ 运算符，并且 std::atomic<> 提供的保证是在此递增情况将自动发生。

在示例中，这意味着步骤序列（读取、加一、写入）不会被另一个线程中断。仍然无法保证线程之间的执行顺序。因此，我们可以有

   A: read
   A: add1
   A: write
   B: read
   B: add1
   B: write

or

   B: read
   B: add1
   B: write
   A: read
   A: add1
   A: write

但其他组合是不可能的，并且在这两种情况下整数都会增加两次。因此不存在竞争条件。