关于C11内存栅栏（memory fence）与原子操作的技术疑问

先看两段对比代码：

//version 1
Thread A:
    *val = 1;
    atomic_thread_fence(memory_order_release);
    atomic_store_explicit(published, 1, memory_order_relaxed);

Thread B:
    if (atomic_load_explicit(published, memory_order_relaxed) == 1) {
            atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
            assert(*val == 1); // will never fail
    }

//version 2
/* Thread A */
    *val = 1;
    atomic_thread_fence(memory_order_release);
    *published = 1;

/* Thread B */
    if (*published == 1) {
        atomic_thread_fence(memory_order_acquire);
        assert(*val == 1); /* may fail */
    }

问题1：atomic_thread_fence是否仅影响原子加载/存储操作？它对编译器和CPU是否都有作用？ #

• 不是，atomic_thread_fence的作用范围不局限于原子操作：
  • 对编译器：它会阻止编译器对屏障前后的所有内存操作（无论原子还是非原子）进行重排序，确保屏障前的写操作都被安排在屏障执行前，屏障后的操作在屏障执行后。
  • 对CPU：它会生成硬件级别的内存屏障指令，阻止CPU对屏障前后的内存操作进行乱序执行，同样覆盖所有类型的内存操作。
    本质上它是全局的内存操作约束，而非仅针对原子API。

问题2：在版本2中，对published的存储是非原子操作，为何使用atomic_thread_fence仍会导致断言失败？ #

首先纠正误解：atomic_thread_fence并非“仅针对原子操作”，但版本2断言失败的核心原因是：

• 线程A对published的非原子写，无法和线程B对published的非原子读形成synchronize-with（同步关系）。
• 版本1中，原子存储atomic_store_explicit和原子加载atomic_load_explicit配合release/acquire屏障，能建立跨线程同步：线程A屏障前的*val=1会被线程B在屏障后可靠可见。
• 而版本2里，非原子的读写操作本身不保证可见性，CPU可能缓存val的值未同步到主存，或编译器对非原子操作做了优化导致值未及时更新，即使加了屏障也无法弥补非原子操作缺失的同步语义。

问题3：为何*val = 1未写成atomic_store_explicit(val, 1, memory_order_relaxed)？ #

• val的操作不需要原子语义：在版本1的同步机制下（release/acquire屏障+原子published操作），线程B只有在确认published被原子设置后才会读取val，此时线程A对val的写操作已完成，且通过屏障保证了可见性。
• 使用普通非原子写更高效：原子操作会带来额外的CPU同步开销，在不需要原子语义的场景下，普通内存操作完全满足需求且性能更好。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ehow