单个seq_cst加载能否为逐步弱化的原子操作序列提供StoreLoad屏障？

线程代码 #

线程1 #

RMW(A, seq_cst)
load(B, seq_cst)
load(C, acquire)
load(D, relaxed)

线程2 #

store(D, relaxed)
store(C, release)
RMW(B, seq_cst)
load(A, seq_cst)

问题背景与疑问 #

这是Dekker算法的一种变体，我理解两个线程中的seq_cst操作会创建StoreLoad屏障，确保至少有一个线程能看到对方对A或B的修改。

但我更关注C和D的操作：线程1中seq_cst→acquire→relaxed的逐步弱化加载序列，似乎应能与线程2中relaxed→release→seq_cst的逐步强化存储序列正确同步，从而保证若线程1看到B的修改，也能看到C和D的修改。

请问：单个seq_cst加载是否足以阻止整个逐步弱化读取序列的StoreLoad重排序？还是C和D的操作也需设为seq_cst？

回答 #

结论：无需将C、D改为seq_cst，当前内存序已能保证所需同步 #

具体解释：

1. 线程2的存储链顺序保证
   线程2内的操作遵循线程内先行发生规则：

   • 即使store(D)是relaxed语义，同一线程内的写操作不会重排序，因此store(D)必然先于store(C)执行；
   • store(C, release)的release语义确保，线程2中所有在它之前的写操作（包括store(D)），会对后续获取到C的线程可见；
   • RMW(B, seq_cst)作为seq_cst操作，会与线程内之前的所有操作形成先行发生关系，即D、C的写一定先于对B的RMW完成。

2. 线程1的加载链同步逻辑
   当线程1的load(B, seq_cst)读取到线程2对B的RMW结果时：

   • 依据seq_cst的全局总序规则，线程2的RMW(B, seq_cst) 先行发生于 线程1的load(B, seq_cst)；结合线程2内部的先行发生链，线程2对D、C的写自然也先行发生于线程1的load(B, seq_cst)；
   • 线程1内部，seq_cst加载会阻止后续加载操作被重排序到它之前，因此load(C)和load(D)不会跑到load(B)前面执行；同时load(C, acquire)与线程2的store(C, release)形成同步对，进一步确保线程1能看到C的写，而D的写因在C之前，也会被线程1可见。

3. StoreLoad重排序的影响
   不需要担心seq_cst加载是否阻止后续操作的StoreLoad重排序——我们依赖的是先行发生关系链而非单纯的屏障。一旦线程1的seq_cst load(B)看到了线程2的修改，就通过全局总序把线程2的所有前置写操作纳入了线程1的可见范围，后续的load(C)和load(D)无需seq_cst语义也能读取到正确值。

简单总结：线程2的release-store(C)与线程1的acquire-load(C)形成同步对，再加上seq_cst操作的全局同步性，只要线程1看到B的修改，就必然能看到C和D的修改，无需修改C、D的内存序。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者tzcnt