《C++并发编程实战》无锁队列中acquire内存序使用疑问

问题1：node的count成员仅构造时用seq-cst存储，其余是relaxed加载或acquire序的CAS，没有release存储，为啥要用acquire？ #

• 拆分引用计数的逻辑里，node的count是内部+外部引用的总和，构造时的seq-cst已经把节点构造的所有内存操作同步给了其他线程。
• 用acquire序的compare_exchange_strong操作count，核心是同步节点数据的可见性。比如pop操作里，线程成功通过CAS拿到外部引用权时，acquire序能保证这个节点的data成员和其他构造出来的数据对当前线程可见——构造时的seq-cst存储和这里的acquire形成了happens-before关系，不会读到未初始化或过时的节点内容。
• 不需要release存储是因为：count的修改要么是构造时的一次性初始化，要么是减少引用（这时候节点数据已经不需要其他线程访问，或者访问权已经通过之前的同步传递完了），acquire在这里只负责“获取”节点数据的可见性，不用向外发布修改。

问题2：increase_external_count里的compare_exchange_strong用acquire序的原因是什么？ #

• increase_external_count就是用来拿到队列头/尾节点的访问权，防止其他线程在当前操作时删掉这个节点。
• 用acquire序的CAS，是为了确保成功拿到外部引用后，这个节点所有已完成的修改（比如push时的链接、数据写入）对当前线程可见。比如线程要增加头节点的外部引用做pop时，acquire序会同步push线程之前对节点的链接和数据写入操作，保证当前线程能看到完整的节点状态，不会读到半初始化的节点或者断链的情况。
• 说白了，这个CAS成功就相当于拿到了访问节点的“通行证”，acquire序就是确保拿到证之后，能看到这个节点所有可以访问的有效数据。

问题3：部分默认用seq-cst的原子操作能不能换成更弱的内存序？ #

• 大部分可以，但得严格保证必要的happens-before关系不被破坏：
  • 比如队列head和tail指针的初始化，如果是单线程初始化完再启动多线程，完全可以把seq-cst换成relaxed，因为初始化在所有线程运行前完成，天然有happens-before关系。
  • 再比如push操作里，把新节点链接到tail之后的store操作，原来的seq-cst可以换成release序——只需要保证新节点的构造数据对后续访问tail的线程可见，不需要全局同步。
  • 但有些seq-cst不能乱换：比如构造函数里对count的seq-cst存储，这是保证节点所有构造操作对其他线程可见的基础，换成relaxed的话，其他线程可能会看到没构造完的节点，直接出问题。
• 替换的核心就是：搞清楚每个原子操作需要的同步语义，只要能保住必要的happens-before链，就可以用更弱的内存序提升性能，但搞错了就会引入数据竞争或者可见性bug。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Pluto