多线程操作std::atomic<int>自增时的最优内存序选择及原理问询

先直接给结论：对于你这种多线程原子计数的场景，memory_order_relaxed就是最优选择——它既能保证计数完全正确，又能带来最高的执行效率。

你之所以会担心出现那种"两个线程先load同一个值，加1后再覆盖写入"的情况，核心是误解了fetch_add的本质：它不是拆分开的load、add、store三个独立操作，而是一个原子的读-修改-写（RMW）操作。不管用什么内存序，硬件都会保证这个RMW操作是不可分割的——也就是说，线程1的fetch_add要么完整地完成"读当前Num值→加1→写回新值"的全流程，要么线程2的fetch_add先完成，绝对不会出现你脑补的那种交叉执行的情况。

那memory_order_relaxed到底放松了什么？它确实不会对其他读/写操作施加同步或排序约束，但这只影响这个原子操作和线程中其他非原子操作的相对顺序，完全不影响原子操作本身的原子性。举个例子：如果你的线程里除了Num.fetch_add(1)，还有其他变量的读写，relaxed允许编译器和CPU重排这些操作的顺序，但对于Num的计数来说，每个fetch_add都是独立且原子的累加，最终的结果一定是准确的线程调用次数总和。

对比默认的memory_order_seq_cst，它会强制所有线程看到的全局操作顺序一致，相当于给整个系统加上了一个全局的"内存屏障"，这在很多架构上会带来额外的性能开销。但对于简单的计数场景，我们根本不需要这种全局一致性——我们只关心每个计数被正确累加，不关心不同线程的其他操作谁先谁后。relaxed跳过了这些不必要的同步约束，所以是效率最高的选择。

总结一下：

• memory_order_relaxed保留了原子RMW操作的核心原子性，确保计数不会被覆盖
• 它去掉了不必要的全局内存顺序约束，让编译器和CPU可以做更多优化，性能最优
• 你担心的执行序列不可能发生，因为fetch_add是不可分割的原子操作

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Timur Yalymov