真实示例，其中std :: atomic :: compare_exchange与两个memory_order参数一起使用

Question

您能否举一个真实的例子，std::atomic::compare_exchange出于某种原因使用两个memory_order参数版本（因此一个memory_order参数版本不合适）？

Answer 1

在许多情况下，第二个内存排序参数on compare_exchange设置为memory_order_relaxed。在这些情况下，省略它通常没有错，只是效率可能较低。

这是一个简单，无锁的列表/堆栈的示例，该列表/堆栈需要第二个不同的排序参数compare_exchange_weak才能实现无数据争用。

调用push可以并发执行，但是为了避免无锁数据操作的复杂性，我们假设push在执行调用时无法从堆栈中删除节点。即避免悬空的指针。

template<typename T>
class mystack {

    struct node {
        node *next = nullptr;

        T data;
        int id;

        node(int id) : id{id} { }
    };

    std::atomic<node *> head{nullptr};

public:
    void push(T data, int id);
    bool pop(T &data); // not implemented
};


template<typename T>
void mystack<T>::push(T data, int id)
{
    node *newnode = new node{id};

    newnode->data = std::move(data);

    node *current_head = head.load(std::memory_order_relaxed);   // A

    for (;;)
    {
        newnode->next = current_head;

        if (head.compare_exchange_weak(current_head, newnode,
                                       std::memory_order_release,   // B
                                       std::memory_order_acquire))  // C
        {
            /*
             * 'current_head' may not be derefenced here since the initial load (at A)
             * does not order memory 'current_head' is pointing at.
             *
             * a release barrier (at B) is necessary to make 'newnode' available
             * to other threads
             */
            std::cout << "Insertion successful\n";

            break;

        } else
        {
            /*
             * 'current_head' is the updated head pointer after 'compare_exchange' failed
             * Since it was inserted by another thread (the CAS failed),
             * an acquire barrier must be set (at C) in order to be able to access data
             * 'current_head' is pointing at.
             */
            std::cout << "Insertion failed after head changed to id: " <<
                          current_head->id << std::endl;
        }
    }
}

在中push，初始值load（在A处）是放松的操作，这意味着即使head指针是原子加载的，也不能取消引用，因为它所引用的内存在此线程中是无序的。

如果compare_exchange_weak返回成功，newnode则将其插入列表的开头，并通过设置释放屏障（在B处）将其提供给其他线程使用。访问此数据的另一个线程（后来通过pop）需要设置获取屏障。

如果compare_exchange_weak返回失败（错误地忘记），则另一个线程刚刚插入了一个新node实例，并current_head使用的新值进行了更新head。由于current_head现在指向的是在另一个线程中分配和释放的数据，因此如果current_head要取消引用，则需要获取屏障。
这是正确的，因为cout失败消息包括current_head->id。

如果省略最后一个参数，则第一个屏障参数将用于故障load情况，但是由于这是释放屏障，因此有效屏障将衰减到memory_order_relaxed，从而导致数据竞争current_head->id。