如何测试 std::memory_order_relaxed 的行为？

Question

我已经阅读了std::memory_order_relaxed的文档。

Relaxed ordering的部分解释是......

// Thread 1:
r1 = y.load(memory_order_relaxed); // A
x.store(r1, memory_order_relaxed); // B
// Thread 2:
r2 = x.load(memory_order_relaxed); // C 
y.store(42, memory_order_relaxed); // D

这就是说的解释……

[It] 可以产生r1 == r2 == 42。特别是，如果由于编译器重新排序或在运行时，线程 2 中的 D 在 C 之前完成，则可能会发生这种情况。

我已经理解了解释，并尝试在我的电脑上测试如下代码：

std::atomic<int> x = {0};
std::atomic<int> y = {0};

int r1, r2;

void task1() {
    // Thread 1:
    r1 = y.load(memory_order_relaxed); // A
    x.store(r1, memory_order_relaxed); // B
}

void task2() {
   // Thread 2:
    r2 = x.load(memory_order_relaxed); // C 
    y.store(42, memory_order_relaxed); // D
}


int main()
{
    std::thread t2 (task2);
    std::thread t1 (task1);

    t1.join();
    t2.join();

    cout << "r1: " << r1
        << "\nr2: " << r2 << endl;

    return 0;
}

这段代码的结果是never r1 == r2 == 42，据说这是该文档中的一种可能行为。

这段代码有什么问题吗？或者，是不是有什么误会？

Answer 1

或者，有什么误会吗？

是的，有一个。 std::memory_order_relaxed 在您的程序中允许的是针对架构的实现（编译器），以生成可能观察到副作用 r1 == r2 == 42 的程序。

一个实现不必产生这样的程序，这样的程序也不必产生​​那种副作用；无论如何，这是一个可能的结果。

如何测试 std::memory_order_relaxed 的行为？

我看不到这个问题的一般解决方案。您只能检查 you 观察到的副作用是否与 std::memory_order_relaxed 的规范匹配。

Answer 2

您的代码有点幼稚，因为当第二个线程启动时，第一个线程可能已经完成。线程需要真正并发地运行这些代码。

要使r1 == r2 == 42 为真，它需要将负载C 重新排序到存储D 之后，x86 目前不执行在存储后重新排序的负载，因此您可能永远不会观察到这种情况在此平台上重新排序（除非编译器将 C 重新排序为 D）。

另一方面，ARM 和 PowerPC 的内存模型较弱。请参阅Runtime memory ordering 表。