c++中的内存序(Memory Order)如何选择_c++ std::memory_order_relaxed到seq

c++中的内存序(Memory Order)如何选择_c++ std::memory_order_relaxed到seq_cst【并发】

裘德小鎮的故事

发布： 2025-12-09 09:16:06

原创

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内存序选择原则是够用即可：relaxed用于单变量原子操作，acquire/release用于跨线程数据传递，seq_cst仅在需全局顺序时使用，避免误用默认强序影响性能。

c++中的内存序(memory order)如何选择_c++ std::memory_order_relaxed到seq_cst【并发】

选内存序的核心原则是：在保证正确性的前提下，用尽可能宽松的序来换性能。不是越强越好，而是够用就行。

先看场景：哪些操作真需要同步？

很多原子操作其实不需要同步其他线程的内存视图——比如计数器累加、状态标志位翻转、引用计数增减。这些只关心自己这一个变量的修改是否原子、是否不被重排干扰，不涉及和其他变量的依赖关系。

relaxed：仅保证原子性 + 禁止编译器乱序（对本变量），不约束CPU指令重排，也不建立同步关系。适合计数器、统计、单变量标志。
例子：counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed) —— 只要加得准，谁先看到、何时看到，不重要。

需要“看见前序写”的时候：用 acquire/release

当两个线程通过一个原子变量传递数据（比如生产者写完缓冲区再设 flag=1，消费者看到 flag==1 才读缓冲区），就需要 acquire/release 成对使用。

release（写端）：保证它之前的普通写不会被重排到它之后 → 消费者一旦看到这个写，就一定能见到所有“之前”的写。
acquire（读端）：保证它之后的普通读不会被重排到它之前 → 一旦读到这个值，后续读就能安全访问“配套”的数据。
注意：acquire 和 release 不必作用于同一变量，但必须有 happens-before 链（如 A release 写 x，B acquire 读 x）。

需要全局一致顺序时：才用 seq_cst

这是默认选项（如 store()/load() 不显式指定时），也是最强约束：所有线程看到的 seq_cst 操作顺序完全一致，且和程序顺序一致。

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适合实现锁、信号量、或多个原子变量之间存在逻辑先后（如“先更新 ptr，再设 ready=1”，且所有线程必须按此顺序观察）。
代价高：在多数架构（尤其是 ARM/Power）上会插入全屏障（full barrier），影响性能。
常见误用：把所有原子操作都设成 seq_cst —— 大部分场景其实不需要这么强。

其他几个序基本不用单独考虑

consume 理论上比 acquire 更轻（只约束数据依赖链上的重排），但因编译器支持弱、易出错，C++20 已标记为 deprecated；acq_rel 主要用在 read-modify-write 操作（如 fetch_or），同时具备 acquire 和 release 语义；seq_cst 是 acquire + release + 全局顺序。

基本上就这些。记牢一句话：relaxed 能用就用，跨线程传数据用 acquire/release，要绝对顺序一致性才升到 seq_cst。

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