多线程执行lock cmpxchg时，是否可能全部CAS操作失败？

首先直接给出结论：不可能出现两个线程的lock cmpxchg全部失败的情况，原因和lock前缀的原子性保证直接相关，我们来一步步拆解：

1. lock cmpxchg的核心原子性特性 #

lock前缀会将后续指令的整个操作序列（读取目标内存值 → 和eax比较 → 根据结果写入新值/原值）转化为一个原子总线周期。这意味着，在一个线程执行lock cmpxchg的全过程中，其他线程的lock类内存操作无法介入该目标地址的总线访问——处理器会通过总线锁定或缓存一致性协议（如MESI）确保整个操作的原子性，不会出现“半完成”的状态。

2. 针对你的场景分析 #

你给出的场景中，两个线程的eax都持有目标内存的初始旧值0x62ab1，目标地址[ebx]的初始值也是0x62ab1：

• 假设线程1先抢到总线执行lock cmpxchg：它会原子性地读取[ebx]的旧值，和eax匹配，成功将自己的源值（你的代码里写的是eax，这里应该是笔误，实际应该是另一个寄存器，不过不影响核心逻辑）写入[ebx]。整个操作完成后，[ebx]的值已经更新。
• 当线程2再执行lock cmpxchg时，它会原子性地读取到已经被线程1修改后的新值，和自己eax里的旧值不匹配，因此比较失败，将当前[ebx]的新值写回（等于未改变内存状态），操作失败。

反过来，如果线程2先抢到总线，那么线程2的操作成功，线程1的操作失败。无论哪种情况，必然有且仅有一个线程的lock cmpxchg操作成功，另一个失败，不可能两者都失败。

3. 关于你猜想的澄清 #

你提到“两个线程都可能执行写周期，之后因读取到过时值导致比较失败”，这个猜想的问题在于忽略了lock前缀的原子性保障：每个lock cmpxchg的读取和写回是绑定在一起的原子操作，不会出现“线程A读取旧值，线程B也读取旧值，然后两者都写回”的情况——第一个线程的写回会在第二个线程的读取之前完成，第二个线程读取到的已经是更新后的值，所以只会有一个线程读取到旧值并成功，另一个读取新值失败。

另外补充你引用的指令说明细节：

无论比较结果如何，目标操作数都会经历一个写周期。若比较失败，目标操作数会被写回原值；若比较成功，则将源操作数写入目标操作数。（处理器绝不会只产生锁定读而不产生锁定写。）

这里的“写周期”是在lock保护下的原子操作的一部分，也就是说，写周期和前面的读、比较操作是不可分割的原子单元，不会被其他线程的lock操作打断。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Linda Turasco