compare_exchange_strong/weak在松弛内存序下是否可能读取到旧值？

你给出的测试代码如下：

atomic_int x = 0;

void thread1() {
  int a = atomic_load_explicit(&x, memory_order_relaxed);
  compare_exchange_strong_explicit(&x, &a, 1, memory_order_relaxed, memory_order_relaxed);
  a = atomic_load_explicit(&x, memory_order_relaxed);
}

void thread2() {
  int a = 0;
  compare_exchange_strong_explicit(&x, &a, 2, memory_order_relaxed, memory_order_relaxed);
}

问题1：thread1的CAS操作是否可能成功？ #

答案是否定的，该场景下CAS必然失败。
compare_exchange_strong_explicit属于原子读-修改-写（RMW）操作，执行时会原子读取原子变量x的当前值，和预期值（这里是thread1之前load到的0）做对比：相等才写入新值1，操作成功；不等则把当前读到的x的最新值写入a指向的地址，操作失败。
你已经假设thread2的CAS成功把x修改为2，此时x的全局修改顺序中0→2的修改已经完成。哪怕使用的是最弱的memory_order_relaxed，也只影响不同变量之间的操作顺序约束，同一个原子变量的原子性、一致性约束依然生效，CAS作为原子RMW操作必然能读到全局修改顺序中排在它之前的最新值2，和预期的0不匹配，因此一定会失败。

问题2：thread1后续的第二次relaxed load是否可能读到旧值0？ #

答案是否定的，不可能读到0。
C++内存模型对同一个原子对象有明确的一致性（coherence）要求：

1. 所有线程对同一个原子对象的修改，存在唯一的全局修改顺序
2. 同一个线程对同一个原子对象的所有操作，严格按程序顺序参与到这个全局修改顺序中，后执行的操作必然能看到至少和前序操作一样新的值
   thread1的CAS操作已经读取到了x的最新值2，后续的load操作在程序顺序上晚于CAS，因此必然能看到至少和CAS读到的一样新的值，不可能读到更旧的0。

问题3：CAS操作是否会强制当前线程的内存子系统刷新对应变量的缓存？ #

C++标准本身不规定缓存相关的硬件实现细节，只定义了内存可见性的语义约束，但主流硬件平台的实现逻辑是一致的：
原子RMW操作（包括CAS）无论使用什么内存序，都需要先获得该变量对应缓存行的独占所有权（x86平台用lock前缀触发缓存一致性协议同步，ARM平台用独占监视器机制实现），这个过程本身就会把当前缓存行同步为全局最新状态，不存在读旧值的可能。执行完CAS之后，当前CPU核心的缓存中该变量的值已经是最新的，后续的同变量读取操作直接读本地缓存即可，不需要额外刷新，也不可能读到旧值。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Skyfarmer