为何用`Relaxed Store+SeqCst栅栏`而非`SeqCst Store`？技术问询

背景代码片段 #

Rust代码（来自crossbeam-epoch库） #

pub(crate) fn pin(&self) -> Guard {
    // ... 省略其他代码
    self.epoch.store(new_epoch, Ordering::Relaxed);
    atomic::fence(Ordering::SeqCst);
    // ... 省略其他代码
}

等价C++代码 #

epoch.store(new_epoch, std::memory_order_relaxed);
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_seq_cst);

对比的简化实现 #

epoch.store(new_epoch, std::memory_order_seq_cst);

疑问列表 #

• 为何不直接使用self.epoch.store(new_epoch, Ordering::SeqCst);（Rust）或epoch.store(new_epoch, std::memory_order_seq_cst);（C++）？
• 这两种方式提供的内存序保证是否相同？
• 两种实现方式存在性能差异吗？

问题解答 #

1. 为何不直接用SeqCst的store？ #

这种拆分写法的核心原因是SeqCst栅栏的全局同步范围更大。当你用SeqCst的store时，它只对这个原子变量的操作建立同步关系；而单独的SeqCst栅栏会同步当前线程中栅栏之前的所有内存操作（不管是不是原子操作），确保它们在栅栏之后的操作之前完成，且对其他线程可见。

在crossbeam-epoch的pin场景中，需要的是全局内存同步，保证当前线程的所有内存操作都能被其他线程观测到，而不仅仅是epoch变量的更新。拆分写法能精准满足这种全局同步需求，同时避免把不必要的约束绑定到单个原子变量上。

2. 内存序保证是否相同？ #

不完全相同：

• 直接用SeqCst的store：该操作本身属于SeqCst操作，会和其他所有SeqCst操作形成全局总序，但同步范围仅局限于和这个原子变量相关的操作。
• Relaxed store + SeqCst栅栏：Relaxed store本身无同步约束，但SeqCst栅栏会强制栅栏之前的所有内存操作（包括非原子操作）完成并对其他线程可见；同时栅栏会参与全局SeqCst总序，确保所有线程看到的栅栏前后操作顺序一致。简单来说，后者的同步范围覆盖线程中栅栏之前的所有操作，前者仅覆盖该store操作本身。

3. 性能差异存在吗？ #

存在，且取决于硬件架构：

• 在x86这类强内存模型架构上，SeqCst的store通常会生成带lock前缀的指令，而SeqCst栅栏几乎是空操作（x86本身就保证了大部分内存顺序）。因此拆分写法更快——Relaxed store不需要lock前缀，栅栏也几乎无开销。
• 在ARM、PowerPC这类弱内存模型架构上，SeqCst栅栏会生成额外的内存屏障指令，SeqCst的store也有屏障开销，两者性能差异不大，但拆分写法依然可能因更精准的同步范围，在部分场景下更高效。

总的来说，拆分写法在多数架构下能达成和直接SeqCst store相同的全局同步效果，同时可能获得更好的性能，这也是crossbeam-epoch选择该写法的原因。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Yriuns