memory_order：acquire/release反向同步模式的技术咨询

问题背景 #

已知std::atomic的标准同步模式（写入后同步）可保证读取线程看到同步标记后，能获取到已写入的数据。现在希望实现写入前同步的反向模式：当读取线程检测到同步标记未被设置时，确保读取到的非原子数据data为初始值（0）。

正确的代码实现及内存序说明 #

写入线程 #

sync_before_write.store(1, std::memory_order_release); // 阻止后续data写入被重排到此操作之前
data = 42;

• 使用std::memory_order_release的原因：该内存序禁止当前线程中所有在该store之后的内存操作被重排到该store之前。这确保了只有当sync_before_write被成功设为1后，写入线程才会开始修改data，不会出现data先被修改、同步标记后设置的情况。

读取线程 #

data_copy = data;
if (sync_before_write.load(std::memory_order_seq_cst) == 0) { // 阻止data读取被重排到此操作之后
  assert(data_copy == 0); // 断言必然成立
}

• 使用std::memory_order_seq_cst的原因：该内存序强制线程内的操作顺序与全局总顺序一致，确保data_copy = data的读取操作不会被编译器或CPU重排到sync_before_write.load()之后。当load返回0时，说明写入线程尚未执行sync_before_write.store(1)，结合写入线程的内存序保证，写入线程也尚未修改data，因此data_copy必然是初始值0。

轻量内存序替代方案 #

如果想追求更优性能，可通过原子栅栏（fence）替代memory_order_seq_cst：

// 读取线程
data_copy = data;
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire); // 阻止data读取被重排到栅栏之后
if (sync_before_write.load(std::memory_order_relaxed) == 0) {
  assert(data_copy == 0);
}

栅栏的memory_order_acquire同样能阻止之前的内存操作（data读取）被重排到栅栏之后，达到和memory_order_seq_cst相同的效果，但开销更低。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者TruLa