用户实现的原子操作能否建立同步关系？自旋锁实现可行性探讨

先看用户实现的自旋锁伪代码：

struct SpinLock{
   bool* ptr;
   void lock(){
      // mov eax, false
      // new_val = true
      while /* lock cmpxchg [ptr], new_val */{  // until *ptr == false
      }
   }
   void unlock(){
     // mov [ptr], false
   }
};

根据C++标准[atomics.order] p2的规定：

对原子对象M执行release操作的原子操作A，与对M执行acquire操作且获取A领头的释放序列中任何副作用值的原子操作B同步。

你提出的判断是对的：这个自定义实现里确实没法利用release和acquire的语义——因为这俩是编译器能识别的特殊内存序标记，而你的代码只是手写了汇编指令，编译器不会把这些指令和内存序语义关联起来。这会导致线程中的unlock操作无法和另一个线程最新的lock操作建立happen-before关系，锁本该提供的内存可见性保障就失效了。

针对你问的两个问题，具体解答如下：

1. 是否无法通过用户实现的原子对象来实现自旋锁？ #

不是完全不行，但必须让编译器感知到内存序语义，不能只靠裸汇编。

你可以借助编译器提供的内置原子操作函数（比如GCC的__atomic_compare_exchange_n、MSVC的_InterlockedCompareExchange等），在调用这些函数时指定acquire/release语义。这些内置函数是编译器原生支持的，会生成正确的内存屏障指令，同时建立对应的happen-before关系。如果只是手写裸汇编的lock cmpxchg和普通mov，编译器可能会对锁前后的代码做重排序优化，破坏锁的内存可见性，这样的自旋锁在多线程环境下是不安全的。

2. 是否无法自行实现ordering_acquire和ordering_release，因为编译器不会识别它们？ #

是的，你没法自己定义出和std::memory_order_acquire/std::memory_order_release等价的语义标记。因为这些标准内存序不是普通的枚举值，它们是编译器内置的特殊标识，会直接影响代码生成和优化策略：

• 使用标准内存序时，编译器会在合适位置插入内存屏障，同时禁止特定的代码重排序；
• 自定义的标记编译器完全不识别，不会触发任何内存序相关的限制或屏障插入，自然达不到同样的效果。

当然你可以封装编译器的内置原子操作，模拟出类似的接口，但核心还是依赖编译器提供的底层支持，而非完全自行实现内存序语义。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者xmh0511