我个人不太喜欢写多线程代码，太不可控了，而且遇到问题很难排查。

人习惯的思考方式，更像是单线程，直来直去，把一个问题想清楚。

可惜现代计算机不是。它脑子太多了（Multi-Core），如果只用其中一个，会造成巨大的浪费。

所以多线程代码，是一定要学习怎么写的。

1. 为什么需要原子序？

在这个过程中，有一个概念一定会遇到，就是原子性（Atomic）。

原子本意，是不可分割，一个整体，不存在中间状态。

可惜，很多看起来像是原子的操作，其实并不是。

例如：

a++;

尽管看上去只有一行，但实际的硬件执行流程，是先从内存中读取变量 a，然后在寄存器中 +1，最后写回到内存。

当多个线程交叉运行时，原子性被打破，导致最后的结果不确定。

C++ 11 中引入了 std::atomic，简化原子操作，之前 文章🔗 文章提到过。

std::atomic 保证了单一操作的原子性，但问题并没有完全解决。因为编译器和 CPU 可能对指令重排（reordering），在多线程场景中看到的值并非想要的顺序。

举例来说：

// 线程 A
x.store(1, std::memory_order_relaxed);
y.store(1, std::memory_order_relaxed);

// 线程 B
if (y.load(std::memory_order_relaxed) == 1) {
    std::cout << x.load(std::memory_order_relaxed) << std::endl;
}

x == 1 一定成立吗？

不一定。

编译器/CPU 可能先执行 y.store，后执行x.store。

可见理解 C++ 中的原子序（memory order），对于写出正确的代码同样重要。

2. 原子序有哪些？

原子序一共有 6 个。

由强到弱分别是：

需要注意的地方有三点：

1. memory_order_seq_cst 是默认原子序，关闭指令重排，缺点是可能对性能造成一定影响
2. memory_order_release 配合 memory_order_acquire 是常见组合
3. 单一变量的操作场景，可以用 memory_order_relaxed

对于第二点，可以这样实现一个消息通知。

// 线程 A：写数据 + 通知
data = 42;
flag.store(true, std::memory_order_release);

// 线程 B：等待通知 + 读数据
if (flag.load(std::memory_order_acquire)) {
    std::cout << data << std::endl; // 一定看到 42
}

对于第三点，因为无法保证没有重排，因此只能用于单一变量的操作，像实现一个计数器。

counter.fetch_add(1, std::memory_order_relaxed);

3. 启发

仅用几个简单的原则，就可以判断选择何种内存序。

没有一个放诸四海而皆准的方法。

要针对具体场景，选择最合适的内存序。

4. 总结

我平时有这么一个习惯。

希望找到一个普适的、通用的办法，以应对所有的问题。

就像经济学中定义的很多概念，万千世界复杂，都想用一套理论解释。

哈佛大学经济史家格申克龙泼了一盆冷水：社会科学总渴望发现一套‘放之四海而皆准’的方法和规律，但这种心态需要成熟起来。不要低估经济现实的复杂性，也不要高估科学工具的质量。

软件工程里同样有这样的问题，trade-off （权衡）无处不在，找到十全十美的解法往往是困难的。具体问题具体分析，很朴素的道理，却往往容易被忽略。

（完）

参考

1. std::memory_order - cppreference.com🔗