C++中std::atomic<A>访问内存池的线程并发访问问题咨询

通过malloc()分配内存池，使用std::atomic<A>*指针对内存池进行读写，其中<A>可以是平凡可复制类或任意标准类型，且操作该内存池的对象可能被多线程调用。

现有场景疑问：某线程获取内存池特定地址的std::atomic<Record>对象引用并执行逻辑操作时，另一线程能否引用同一个原子对象？该线程会等待此对象被“释放”，还是会直接去获取其他未被引用的对象？

对应的实现代码：

std::atomic<Record> * it_record{&memory_address}; // memory_address由malloc()分配得到
for(size_t i{0U}; i < m_nbr_record; ++i) {
    Record tmp = *it_record;
    if (tmp == target_record) {
        *it_record = new_record;
        found = true;
        break;
    }
    ++it_record;
}

核心结论 #

• 另一线程完全可以引用同一个原子对象：std::atomic本身就是为多线程并发访问设计的，它的所有读写操作都是原子性的，不会触发数据竞争导致的未定义行为，但前提是Record类型满足std::atomic的要求（必须是平凡可复制类型，且大小适配硬件层面的原子操作支持）。
• 不会自动等待对象“释放”：std::atomic没有内置锁或等待机制，除非你自行实现同步逻辑。另一个线程不会因为当前线程正在访问该原子对象就阻塞，它会直接执行自己的读写操作——这些操作通过硬件原子指令（如CAS、内存屏障）保证数据一致性。
• 当前代码的潜在问题：
  • 代码中的查找+替换逻辑并非原子操作：如果两个线程同时查找同一个target_record，可能出现竞态——线程A刚加载完tmp，线程B已将该位置替换为new_record，线程A随后执行替换操作会覆盖线程B的修改。
  • malloc()分配的内存可能存在对齐问题：直接将malloc()返回的内存当作std::atomic<Record>使用，需确保内存对齐符合std::atomic<Record>的要求，否则会触发未定义行为。建议使用std::allocator或new std::atomic<Record>[m_nbr_record]来分配内存，规避对齐风险。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Iván Sanz