C++20 std::atomic的notify触发其他原子变量wait返回问题咨询

这个问题是GCC 11.1标准库实现和Linux futex机制共同作用的结果，核心原因有两个：

1. futex的哈希折叠导致跨变量唤醒 #

Linux上GCC的std::atomic wait/notify接口底层基于futex（快速用户空间互斥锁）机制实现。内核的futex等待队列并不会为每一个独立的原子变量地址分配单独的队列，而是会对地址做哈希折叠：地址相近、或者满足特定地址掩码规则的多个原子变量，会被映射到同一个futex等待队列。

你的两个全局std::atomic_flag变量condAtomicFlag1和condAtomicFlag2地址相邻，刚好被映射到了同一个futex等待队列。当你调用condAtomicFlag1.notify_one()时，内核会唤醒该队列上的所有等待线程，哪怕线程实际等待的是condAtomicFlag2。

2. GCC 11.1的实现bug导致不符合标准的虚假唤醒 #

按照C++20标准的要求，std::atomic::wait即使被虚假唤醒，也必须先重新检查原子变量的当前值：如果当前值仍然等于wait传入的old值，就必须回到阻塞状态，只有值发生变更时才会返回。

但你使用的GCC 11.1是首个支持C++20 atomic wait/notify的版本，存在已知的实现bug：std::atomic_flag::wait被唤醒后没有正确执行值校验步骤，直接返回，所以才会出现你观察到的、等待condAtomicFlag2的线程在值没有变更的情况下退出等待的问题。

• 升级GCC到11.3及以上版本，该bug在后续版本中已经修复；
• 如果无法升级编译器，可以在wait返回后手动增加一次值校验，不满足条件就重新调用wait：

// 修改后的wait逻辑示例
while (condAtomicFlag2.test() == false) {
    condAtomicFlag2.wait(false);
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Elija