C++顺序一致内存序下原子变量是否会读取到陈旧值

首先明确两个没有例外的核心规则：

• 即便是顺序一致（seq_cst）内存序，C++标准也不保证原子变量的写入会立即传播到其他线程，不存在“写入完成后所有线程立刻能读到新值”的强制要求。
• 你描述的「线程2已经执行完++x，之后线程1才执行读判断」的跨线程时间先后判断，在没有额外同步操作的前提下是不成立的——C++内存模型不基于物理时间定义跨线程操作的先后顺序，仅通过happens-before关系判定操作的可见性约束。

回到你给出的示例代码（注：你问题中描述的“读到x==1的陈旧值”存在表述偏差，该场景下++x执行完成后x的最新值为1，陈旧值指写入前的初始值0）：

std::atomic<int> x = 0;
// 线程2执行
++x;
// 线程1执行
if (x == 1) {
  // 业务逻辑
}

所有操作都采用seq_cst内存序时，行为规则如下：

• 对同一个原子变量的所有修改，无论采用什么内存序，标准都保证存在一个所有线程观测结果一致的全局修改顺序。在这个例子里，x的修改顺序只有两步：初始值0 → 线程2的++x写入值1。
• 线程1的读操作只可能读到两个合法值：
  • 如果读到0，代表从内存模型的规则视角，这个读操作在全局修改顺序中排在++x写入之前，不属于“写完了还读到旧值”的违规情况——你认知里的“物理时间上线程2已经写完”不属于标准定义的可观测判定依据，硬件缓存同步的延迟是被标准明确允许的。
  • 如果读到1，代表读操作在全局修改顺序中排在++x写入之后。
• 这种“读到认知中陈旧值”的情况，在seq_cst内存序下同样可能发生，并非relaxed或acq-rel内存序独有。

seq_cst和其他内存序的核心差异，从来都不是“单变量写入的传播速度”：

• seq_cst额外保证所有原子变量上的所有seq_cst操作存在一个全局统一的总执行顺序，所有线程观测到的多变量操作顺序完全一致，不会出现多线程场景下常见的StoreLoad重排序导致的矛盾观测结果（比如两个线程分别读到a=1,b=0和b=1,a=0这类违反因果顺序的结果）。
• 但只要不存在明确的happens-before关系（比如线程join、锁的获取释放、符合配对规则的acquire/release操作），不管用什么内存序，读操作都有可能读到写入前的旧值，标准对写入的传播延迟没有任何强制要求。

如果你需要保证“线程2写完x之后，线程1一定能读到x的新值”，必须添加明确的同步操作建立happens-before关系，仅靠seq_cst内存序本身做不到这一点。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者dawuald