atomic_thread_fence与atomic exchange交互：双线程能否出现双零值？

代码示例 #

std::atomic<int> x{0};
std::atomic<int> y{0};

Thread A:
    int y_val = y.load(std::memory_order_acquire);
    if (y_val != 1) {
       int old_x = x.exchange(1, std::memory_order_seq_cst);
       y_val = y.load(std::memory_order_acquire);
    }
    

Thread B:
    y.store(1, std::memory_order_release);
    std::atomic_thread_fence(std::memory_order_seq_cst);
    int x_val = x.load(std::memory_order_relaxed);

问题 #

两个线程执行完上述代码后，是否可能出现y_val==0且x_val==0的情况？

结论与分析 #

不可能出现这种情况，具体分析如下：

核心逻辑梳理 #

线程A只有在第一次y.load(acquire)读到0时，才会进入分支执行x.exchange(1, seq_cst)，随后第二次读取y的值；线程B先写入y=1（release语义），再执行一个seq_cst全局栅栏，最后读取x的值（relaxed语义）。

基于seq_cst语义的同步分析 #

seq_cst（顺序一致）语义要求所有seq_cst操作和seq_cst栅栏在全局范围内有一个统一的执行总序，这是关键约束：

1. 情况1：线程A的x.exchange(seq_cst)先于线程B的seq_cst栅栏
   此时A已经将x的值改为1，由于seq_cst操作的全局可见性，线程B在栅栏之后的x.load(relaxed)必然能读到x=1，无法满足x_val==0的条件。

2. 情况2：线程B的seq_cst栅栏先于线程A的x.exchange(seq_cst)
   线程B的y.store(1, release)在栅栏之前执行，seq_cst栅栏会确保这个写操作对所有后续的读操作全局可见。线程A在x.exchange(seq_cst)之后执行的第二次y.load(acquire)，必然能读到y=1，无法满足y_val==0的条件。

关于重排的补充说明 #

线程A中第二次y.load(acquire)和x.exchange(seq_cst)的写操作不会发生重排：x.exchange(seq_cst)本身包含acquire和release语义，且seq_cst操作不允许与后续的内存操作重排，因此第二次读取y的操作不可能被提前到exchange之前，也就不会读到未被更新的y=0。

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