如何理解顺序一致性与先行发生关系？附代码示例疑问

首先重现问题中的代码片段：

// Thread 1:
x.store(1, std::memory_order_seq_cst); // A
y.store(1, std::memory_order_release); // B
// Thread 2:
r1 = y.fetch_add(1, std::memory_order_seq_cst); // C
r2 = y.load(std::memory_order_relaxed); // D
// Thread 3:
y.store(3, std::memory_order_seq_cst); // E
r3 = x.load(std::memory_order_seq_cst); // F

已知该代码允许产生结果 r1 == 1 && r2 == 3 && r3 == 0，且存在以下看似矛盾的情况：A happens-before C，但所有seq_cst操作的全局全序为 C-E-F-A。

问题1：如何理解“A happens-before C”？ #

A happens-before C是通过happens-before关系的传递性建立的，和循环无关，具体推导如下：

• 同一线程内，程序顺序天然保证先行关系：A happens-before B（Thread 1中A在B之前执行）；
• B是release语义的存储操作，C是seq_cst语义的读-改-写操作（fetch_add属于原子RMW操作，seq_cst语义自带acquire属性）。当C读取到B写入的y=1时，B和C之间建立synchronizes-with（同步）关系；
• 根据C++内存模型定义，同步关系会传递happens-before：A HB B，B SW C → 推导得出A HB C。

这里的happens-before不是指C读取到了A的值，而是指A的写入结果（x=1）对Thread 2中C之后的所有操作可见。同步关系的建立只需要“加载操作确实读取到了对应存储操作的值”即可，无需循环。

问题2：如何理解A happens-before C，但seq_cst全局全序中C先于A？ #

核心是区分happens-before偏序和seq_cst全局全序两个完全独立的概念：

1. happens-before偏序：它是线程间的局部约束关系，核心作用是定义可见性规则——如果A HB C，那么A的写入结果必须对C所在线程中C之后的操作可见，但它不约束A和C在“全局逻辑顺序”上的先后，也不影响C读取其他变量的值（比如本例中C读取的是y，和A操作的x无关）。
2. seq_cst全局全序：它是所有seq_cst操作的一个逻辑总排序，仅需满足两个核心规则：
   • 每个线程内的seq_cst操作顺序必须和程序顺序一致；
   • 如果一个seq_cst加载操作读取了某个seq_cst存储操作的值，那么该存储操作必须排在加载操作前面。

在本例中，C-E-F-A这个全局全序完全符合规则：

• Thread 1的seq_cst操作只有A，无顺序冲突；
• Thread 2的seq_cst操作只有C，无顺序冲突；
• Thread 3的seq_cst操作是E和F，程序顺序中E在F前，全序中也保持E→F；
• C读取的是B的y=1，而B不是seq_cst操作，因此不需要在全局全序中考虑B的位置；
• F读取的是x的初始值0，没有seq_cst存储操作写入x，因此也无冲突。

A HB C只是约束x=1对Thread 2后续操作可见，和C在全局全序中的位置无关，因此这种情况完全合法。

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