不同处理器上acquire/release内存顺序的理解与疑问确认

一、你的理解是否正确？ #

你的第一点理解准确：

• Acquire/Release确实会阻止线程内部的部分重排序：
  • 带memory_order_acquire的加载操作，当前线程中所有后续的读、写操作都不能被重排到该加载操作之前；
  • 带memory_order_release的存储操作，当前线程中所有之前的读、写操作都不能被重排到该存储操作之后。

第二点理解需要修正：

• 不是“确保所有acquire加载操作在release存储操作之后执行”，而是当线程B的acquire加载操作读取到线程A的release存储操作写入的值时，才会在两者之间建立同步关系：线程A中release存储之前的所有内存写入（包括非原子和松弛原子操作），对线程B来说都是可见的，且线程A的release操作“先行发生于”线程B的acquire操作。如果线程B的加载没读到线程A存储的值，这种同步关系就不会建立。

二、强序系统中无需显式指定内存顺序就能保证加载在存储之后？ #

答案是否定的，原因如下：

1. 编译器优化层面：强序系统的CPU本身不会做某些重排，但编译器可能会进行指令重排优化。显式指定memory_order_acquire和memory_order_release是告诉编译器禁止特定的重排（比如不能把非原子存储移到release存储之后，不能把非原子加载提前到acquire加载之前）。如果不指定，编译器可能会破坏预期的内存顺序。
2. “大多数操作”≠所有操作：强序系统中也存在不遵循默认强序的操作（比如x86上的非对齐内存访问、部分特殊指令），而且如果原子操作使用memory_order_relaxed，即使在x86上也不会自动获得release-acquire的保证。
3. 同步关系的前提不变：即使在强序系统中，acquire和release的同步仍然依赖“线程B读取到线程A写入的值”这个前提，不是所有加载操作都会自动在所有存储操作之后执行。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Steve Zhang