C++如何在不使用锁、无法改用std::atomic时避免整数比较的竞态条件

问题根源 #

原有线程2的代码直接读取var1、var2属于非原子普通内存访问，和其他线程的原子写入操作之间没有同步关系，属于典型的数据竞争，会触发C++标准定义的未定义行为。

可行方案 #

当前代码已经使用GCC内置的原子操作API，我们可以直接复用同体系的原子读取操作实现需求，无需加锁、也无需修改变量的原有int类型：

方案1：兼容旧版GCC的实现 #

利用__sync_fetch_and_add加0的操作实现原子读，和现有代码的API完全兼容，操作自带全内存屏障，保证可见性：
修改线程2的代码如下：

// 原子读取var1、var2的最新值
int v1 = __sync_fetch_and_add(&var1, 0);
int v2 = __sync_fetch_and_add(&var2, 0);
var3 = v1 > v2 ? v1 : v2;

方案2：更高性能的实现（GCC 4.7及以上版本支持） #

使用更轻量的__atomic_load_n配合ACQUIRE内存序，开销低于全内存屏障，性能更优：
修改线程2的代码如下：

// ACQUIRE内存序保证读取到该变量之前所有的写入结果
int v1 = __atomic_load_n(&var1, __ATOMIC_ACQUIRE);
int v2 = __atomic_load_n(&var2, __ATOMIC_ACQUIRE);
var3 = v1 > v2 ? v1 : v2;

方案合规性说明 #

1. 无锁实现：原子读操作的开销极低，远低于锁的开销，完全满足性能要求
2. 无需修改原有变量定义：两个方案都直接操作原有int类型的var1、var2，不需要改为std::atomic
3. 消除数据竞争：所有对var1、var2的访问都变成了带同步语义的原子操作，完全消除了数据竞争
4. 逻辑兼容：仅将原有非原子读替换为原子读，业务逻辑和原有代码完全一致，不会改变原有业务行为

内容的提问来源于stack exchange，提问作者spooja__