原子读取是否保证读取最新值？

Question

在 C++ 中，我们有关键字volatile和atomic类。它们之间的区别是，volatile 不保证线程安全的并发读写，而只是保证编译器不会将变量的值存储在缓存中，而是从内存中加载变量，而 atomic 保证线程安全的并发读写。

众所周知，原子读操作是不可分割的，即当一个或多个线程读取变量的值时，两个线程都不能将新值写入变量，所以我认为我们总是读取最新值，但我不确定:)

所以，我的问题是：如果我们声明原子变量，我们是否总是获得变量调用load()操作的最新值？

Answer 1

当我们谈论现代架构上的内存访问时，我们通常会忽略读取值的“确切位置”。

读操作可以从缓存（L0/L1/...）、RAM 甚至硬盘驱动器（例如，当内存交换时）获取数据。

这些关键字告诉编译器在访问数据时要使用哪些汇编操作。

一个关键字，告诉编译器始终从内存中读取变量的值，而不是从寄存器中读取。

该“内存”仍然可以是高速缓存，但是，如果高速缓存中的该“地址”被认为是“脏”，这意味着该值已被不同的处理器更改，则该值将被重新加载。

这确保我们永远不会读取过时的值。

澄清：根据标准，如果volatile类型不是基元，其读/写操作本质上是原子的（就读/写它的汇编指令而言），则可能会读取一个中间值（编写者设法当读者读取它时只写入一半字节）。然而，现代的实现并不是这样的。

当编译器看到load（读取）操作时，它基本上会执行与对值执行的操作完全相同的操作volatile。

区别在于跨CPU写操作。使用易失性变量时，如果 CPU 1 设置该值，而 CPU 2 读取该值，则读取器可能会读取旧值。

但是，怎么可能呢？易失性关键字保证我们不会读取过时的值！

嗯，那是因为作者没有公布这个值！尽管读者试图阅读它，但它读的是旧的。

当编译器偶然发现store原子变量的（写入）操作时：

宣布后，所有 CPU 都会知道它们应该重新读取变量的值，因为它们的缓存将被标记为“脏”。

这种机制与对文件执行的操作非常相似。当您的应用程序写入硬盘驱动器上的文件时，其他应用程序可能会也可能看不到新信息，具体取决于您的应用程序是否将数据刷新到硬盘驱动器。

如果数据没有刷新，那么它只是驻留在应用程序缓存中的某个位置并且仅其自身可见。一旦刷新它，任何打开该文件的人都会看到新的状态。

澄清：常见的现代编译器和缓存实现volatile也确保写入的正确发布。然而，这并不是更喜欢它的理由std::atomic。例如，就像一些评论指出的那样，Linux 对 x86_64 的原子读写是使用volatiles.