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Fence和非原子操作的ordering

Fence

除了在原子操作中标记memory ordering外,还可以单独使用fence指定memory ordering。Fence是全局的操作,它影响所执行线程中其他原子操作的ordering。

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atomic<bool> x,y;
atomic<int> z;

void write_x_then_y() {
x.store(true,memory_order_relaxed);
atomic_thread_fence(memory_order_release);
y.store(true,memory_order_relaxed);
}

void read_y_then_x() {
while(!y.load(memory_order_relaxed));
atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
if(x.load(memory_order_relaxed))
++z;
}

上面的代码中,如果没有显式的fence,z的值是不确定的。

关于fence,有几个synchronizes-with规则:

  • 如果acquire操作能读取到位于release fence后面store的写入的值,那么这个fence synchronizes-with acquire操作。
  • 如果位于acquire fence前面的load操作能够读取到release操作的值,那么这个release操作synchronizes-with acquire fence。
  • 如果位于acquire fence前面的load操作能够读取到位于release fence后面的store写入的值,那么release fence synchronizes-with acquire fence。

对于上面的代码,因为y的load能够读取到前面写入的值(由于fence存在,保证了ordering),所以release fence synchronizes-with acquire fence。

Ordering Nonatomic

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bool x;
atomic<bool> y;
atomic<int> z;

void write_x_then_y() {
x = true;
atomic_thread_fence(memory_order_release);
y.store(true,memory_order_relaxed);
}

void read_y_then_x() {
while(!y.load(memory_order_relaxed));
atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
if(x)
++z;
}

现在把前面例子中的x换为普通的x,z的值仍然是有保证的,y必须是原子的。fence保证了x的store和y的store,以及y的load和x的load之间的ordering,而y的store和load之间有happens-before关系,因此x的store和load之间也有happens-before关系(传递)。