TTAS自旋锁lock方法中relaxed内存序加载的有效性与延迟问题

先看TTAS自旋锁的lock方法实现：

struct ttas_lock {
  ...
  void lock() {
    for (;;) {
      if (!lock_.exchange(true, std::memory_order_acquire)) {
        break;
      }
      while (lock_.load(std::memory_order_relaxed));   // <--- 自旋阶段
    }
  }
  ...
};

核心疑问解答 #

不会出现永远无法加载到false的情况，也不会因为relaxed内存序导致异常高的延迟，具体原因如下：

1. 硬件缓存一致性的兜底保证
   现代CPU的缓存一致性协议（如MESI）会强制维护共享数据的全局可见性。当持有锁的线程执行unlock操作（通常是lock_.store(false, std::memory_order_release)）时，这个修改会被硬件同步到所有核心的缓存中——relaxed内存序只是不提供C++层面的happens-before同步关系，但不会屏蔽硬件层面的缓存同步机制。因此自旋的relaxed加载最终一定会读到锁释放后的false值。

2. relaxed内存序的设计意图就是降低开销
   TTAS锁的自旋阶段使用relaxed加载，正是为了减少缓存一致性流量：如果自旋阶段用acquire加载，每次读取都会触发严格的内存屏障，可能导致频繁的缓存无效化请求；而relaxed加载更轻量，只会在本地缓存中轮询，直到缓存行被硬件同步为最新值。这种设计反而能降低自旋阶段的开销，不会带来额外的高延迟。

3. 同步关系的边界清晰
   真正需要release-acquire同步的是临界区内的数据，而非锁变量本身。当线程通过exchange（acquire语义）获取锁后，能保证看到之前持有锁线程在临界区内的所有修改；而锁变量lock_的可见性由硬件兜底，不需要依赖relaxed和release的同步关系。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者for_stack