如何通过原子操作实现非原子操作排序以构建高级同步设施？

咱们可以通过原子操作来约束非原子操作的执行顺序，这正是构建高级同步工具的核心思路。我先引用Anthony Williams所著《C++ Concurrency in Action》中的一段经典实现：

class spinlock_mutex {
    std::atomic_flag flag;
public:
    spinlock_mutex(): flag(ATOMIC_FLAG_INIT) {}
    void lock() {
        while(flag.test_and_set(std::memory_order_acquire));
    }
    void unlock() {
        flag.clear(std::memory_order_release);
    }
};

关键逻辑拆解 #

• lock() 方法：这是一个基于flag.test_and_set()的自旋循环，采用std::memory_order_acquire内存序。第一个线程调用lock时，flag初始为清空状态，首次调用test_and_set会将flag置位并返回false，意味着线程成功获取锁，循环直接终止，接下来就能安全修改受锁保护的数据。其他线程此时调用lock的话，会发现flag已被置位，只能在循环里不断重试（自旋等待），直到锁被释放。
• unlock() 方法：调用flag.clear()并使用std::memory_order_release内存序。持有锁的线程完成受保护数据的修改后调用unlock，这里的release语义会和其他线程调用lock时的acquire语义形成同步关系（参考原书5.3.1节）。

这种同步关系的作用至关重要：因为线程对受保护数据的修改必然发生在unlock调用之前，所以这些修改会先于unlock执行；而通过release-acquire的同步绑定，这些修改也会被后续成功获取锁的线程感知到，保证了多线程环境下数据的可见性和操作顺序的正确性。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者albizzia