c++ - std::atomic 访问是否作为内存屏障？

Question

编译器能否对原子指令重新排序，或者原子指令是否充当内存屏障？ 再说一遍，写在原子指令之后的指令能在原子指令之前执行吗？

请看下面的代码。如果 useMapA = false 在 mapB 更新和读取线程开始之前移动，我们将使用无效的 mapB。

注意:更新线程每 15 分钟才发生一次，因此我们有一个非常好的结构化流程，以及避免使用昂贵的锁定调用的方法!

std::atomic<bool> useMapA;
std::map<string, string> mapA, mapB;

public void updateMap(map<string, string>* latestMap) {
    if (useMapA) {
        mapB = std::move(*latestMap);
        useMapA = false;
    } else {
        mapA = std::move(*latestMap);
        useMapA = true;
    }
}

inline map<string, string>& getMap() {
    return useMapA ? mapA : mapB;
}

编辑:我有兴趣以 100% 线程安全换取速度(时间 = 金钱)。这个读取函数需要运行得非常快。您可以假设 15 分钟足够长，以避免如果这个时间短得多会导致的竞争条件。

Answer 1

在回答您的问题之前，我想向您展示如何使用 std::shared_ptr 和原子操作 轻松实现该功能。以下实现是高效且线程安全的。 读者也不需要创建 map 的拷贝。

using string_map = std::map<std::string, std::string>;

std::shared_ptr<const string_map> map;

std::shared_ptr<const string_map> getMap()
{
    return std::atomic_load(&map);
}

void updateMap(string_map latestMap)
{
    std::shared_ptr<const string_map> temp{
        new string_map{std::move(latestMap)}};
    std::atomic_store(&map, temp);
}

现在，让我们看一下您的代码。这有点复杂。为了方便起见，我们假设 updateMap 每秒调用一次，而不是每 15 分钟调用一次。 useMapA 最初是 true。更新线程执行以下语句，并在更新原子标志之前被中断:

if (useMapA) {
    mapB = std::move(*latestMap);

现在，读取器线程只评估原子标志:

bool r1 = useMapA; // r1==true

更新线程继续并将原子标志设置为false。一秒钟后，更新线程评估原子标志:

if (useMapA) { // condition is false

现在，读者线程继续。两个线程都访问 mapA，并且至少有一个线程写入数据结构。这意味着存在数据竞争，这意味着程序的行为是未定义的，无论这种数据竞争是否真的发生。

如果 updateMap 每 15 分钟调用一次，会有什么变化？除非在这 15 分钟内发生一些额外的同步，否则它仍然是一场数据竞赛，因为 C++ 标准在一秒和 15 分钟之间没有区别。