Apple M1芯片上无法复现C++ atomic LoadStore重排问题求助

原Demo的核心问题 #

• 任务调度过于同步：每次循环添加任务后主线程休眠100ms，两个线程的任务大概率会被串行执行，难以触发ARM弱内存序下的指令重排。
• 非原子变量存在数据竞争：r1、r2是普通int，主线程读取它们时，工作线程可能正在修改，结果的正确性无法保证。
• 尝试次数不足：仅100次循环，弱内存序重排是概率性事件，这么少的次数很难触发目标场景。
• 变量重置与任务执行无同步：主线程的x.store(-1)等重置操作，和工作线程的任务执行没有同步机制，可能出现任务执行时变量还未完成重置的情况。

修正后的复现代码 #

使用无锁循环让两个线程持续执行目标操作，用原子变量检测是否出现r1 == r2 == 42的结果，一旦触发就立即终止程序：

#include <atomic>
#include <iostream>
#include <thread>

std::atomic<int> x(-1);
std::atomic<int> y(-2);
std::atomic<bool> done(false);
int r1, r2;

void thread1() {
    while (!done.load(std::memory_order_relaxed)) {
        x.store(-1, std::memory_order_relaxed);
        y.store(-2, std::memory_order_relaxed);
        r1 = y.load(std::memory_order_relaxed);
        x.store(r1, std::memory_order_relaxed);
        // 检查是否触发目标结果
        if (r1 == 42 && r2 == 42) {
            done.store(true, std::memory_order_relaxed);
            std::cout << "触发目标结果：r1=" << r1 << ", r2=" << r2 << std::endl;
        }
    }
}

void thread2() {
    while (!done.load(std::memory_order_relaxed)) {
        x.store(-1, std::memory_order_relaxed);
        y.store(-2, std::memory_order_relaxed);
        r2 = x.load(std::memory_order_relaxed);
        y.store(42, std::memory_order_relaxed);
        // 检查是否触发目标结果
        if (r1 == 42 && r2 == 42) {
            done.store(true, std::memory_order_relaxed);
            std::cout << "触发目标结果：r1=" << r1 << ", r2=" << r2 << std::endl;
        }
    }
}

int main() {
    std::cout << "开始测试，等待触发弱内存序重排..." << std::endl;
    std::thread t1(thread1);
    std::thread t2(thread2);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

复现要点 #

• 编译时关闭编译器优化：使用g++ -O0 -std=c++17 test.cpp -pthread编译，避免编译器优化掉可能触发重排的指令。
• 增加尝试次数：修正后的代码会持续循环直到触发结果，ARM架构下通常几秒到几分钟内就能出现目标场景。
• 避免同步机制干扰：去掉任务队列这类可能引入隐式同步的组件，让线程直接执行核心操作，最大化重排概率。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Anton