C++ CAS操作内存屏障使用：何时可统一用release或relaxed？

在给定的无锁栈push实现中，std::atomic_compare_exchange_weak_explicit的成功分支使用std::memory_order_release，失败分支使用std::memory_order_relaxed。以下是可以统一使用同一种内存序的场景：

一、统一使用std::memory_order_release的场景 #

这种调整不会破坏代码正确性，仅会带来轻微性能损耗（失败分支的内存屏障开销），适合以下场景：

• 竞争极低的环境：当栈几乎只有单个线程操作，CAS失败概率趋近于0时，统一使用release的性能影响可忽略，同时简化了代码逻辑。
• 优先代码简洁性的场景：比如小型项目、调试阶段，统一内存序减少了参数差异，降低了内存序误用导致的bug风险，后续可根据性能瓶颈再针对性优化。
• 对性能损耗不敏感的场景：如果业务逻辑不依赖极致并发性能，额外的内存屏障开销在可接受范围内，统一使用release是安全且省心的选择。

二、统一使用std::memory_order_relaxed的场景 #

这种调整需要严格满足线程同步前提，否则会引发数据可见性问题，仅适用于以下场景：

• 单线程环境：当栈的所有操作（push/pop等）仅在单个线程中执行时，不存在线程间同步需求，所有原子操作都可使用relaxed内存序。
• 栈操作已被其他同步机制保护：比如所有push和pop操作都在同一个互斥锁保护下执行，此时锁的release-acquire语义已保证节点数据的可见性，CAS操作的内存序可降级为relaxed。
• 节点数据可见性已通过其他方式保证：如果new_node的初始化（data和next赋值）已经通过全局内存屏障、其他原子操作的强内存序等方式确保对所有线程可见，此时CAS成功分支的release可替换为relaxed（这种场景较为罕见，通常节点构造后直接进入CAS，仍依赖release同步）。

注意：在无锁多线程栈的常规场景下，不能随意将成功分支的release改为relaxed，否则会导致其他线程读取到未完全初始化的节点数据，引发未定义行为。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者user3882729