基于C++内存模型定义，判断给定代码是否存在数据竞争？

核心定义回顾 #

根据C++内存模型定义：

• 当一个表达式修改某内存位置，另一个表达式读取或修改同一内存位置时，这两个表达式存在冲突。
• 存在冲突表达式的程序，若不满足以下任一条件则存在数据竞争：
  1. 两个表达式在同一线程或信号处理程序中执行；
  2. 均为原子操作；
  3. 其中一个表达式happens-before另一个。
     本文仅关注第3条。

给定代码 #

std::atomic<int> x = 0;
int y;
int z;
std::jthread th1([&]{
    y = 1;
    x.store(1, std::memory_order_release);
});
std::jthread th2([&]{
    z = (z++, ((x.load(std::memory_order_acquire) == 1)? y : 0));
});

前提假设 #

假设x.load(std::memory_order_acquire)返回1，此时：

• 线程2中读取y的操作（即(x.load(...) ==1 ) ? y :0里的y读取）与线程1的y = 1操作因涉及同一变量y存在冲突；
• z++的求值并不happens-before y = 1。

是否存在数据竞争？ #

不存在数据竞争。

关键分析 #

我们只需要关注存在冲突的那对表达式：线程1的y=1，和线程2中读取y的操作。

根据release-acquire语义：
线程1中x.store(1, std::memory_order_release)是release操作，线程2中x.load(std::memory_order_acquire)是acquire操作且返回了1，这意味着线程1中所有在release操作之前的内存操作（包括y=1）都happens-before线程2中acquire操作之后的所有内存操作（包括读取y的操作）。

这对冲突表达式满足“其中一个happens-before另一个”的条件，因此程序不存在数据竞争。

至于z++和y=1，二者操作的是不同内存位置，不存在冲突，所以它们之间的happens-before关系不影响数据竞争的判定。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jia Cheng Sun