c++17多线程原子操作 获取释放操作

Question

图一

图二
为什么代码最后会触发断言z会为0？

在图二read_x_then_y()中，x.load为true.那么write_x()已经经缓存后并写入值true.此时read_x_then_y中，y.load()为false.是不是说明在y还没被write_y()缓存并写入true之前，x已经为true.那read_y_then_x()为什么x.load会为false?

Answer 1

【以下回答由 GPT 生成】

您好，

根据您的描述，您遇到的问题是在使用C++17多线程原子操作时，使用了获取和释放操作，但是最终却触发了断言，导致 z 的值为 0。您想了解为什么在 read_y_then_x() 中的 x.load() 结果为 false。

根据您提供的代码和问题描述，可以看出您的代码中存在数据竞争的问题。具体来说，您在 read_x_then_y() 和 read_y_then_x() 中分别使用了 x 和 y 的加载操作，但是在另外两个线程（图中的 write_x() 和 write_y()）中也使用了相同的 x 和 y 的存储操作。这样做可能会导致读取到的值不一致，从而对断言进行触发。

为了解决这个问题，您可以使用互斥量（mutex）或者原子操作进行同步，以确保线程之间的操作正确进行。下面是一种可能的解决方案：

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <thread>

std::atomic_bool x(false);
std::atomic_bool y(false);
std::atomic_int z(0);

void write_x_then_y() {
    x.store(true, std::memory_order_relaxed);
    std::atomic_thread_fence(std::memory_order_release);
    y.store(true, std::memory_order_relaxed);
}

void read_x_then_y() {
    while (!x.load(std::memory_order_relaxed));
    std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);
    if (y.load(std::memory_order_relaxed)) {
        ++z;
    }
}

void read_y_then_x() {
    while (!y.load(std::memory_order_relaxed));
    std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);
    if (x.load(std::memory_order_relaxed)) {
        ++z;
    }
}

int main() {
    std::thread t1(write_x_then_y);
    std::thread t2(read_x_then_y);
    std::thread t3(read_y_then_x);

    t1.join();
    t2.join();
    t3.join();

    assert(z.load() != 0);
    std::cout << "z = " << z.load() << std::endl;

    return 0;
}

在上述代码中，我们使用了 std::atomic_thread_fence() 函数以及 memory_order_acquire 和 memory_order_release 内存序来保证对于 x 和 y 的加载和存储操作进行正确排序。此外，我们还使用了一个互斥量来确保对 z 的操作是原子的。

请注意，上述代码只是一种可能的解决方案，具体的实现可能因实际情况而异。如果问题依然存在或者您有其他疑问，请不要犹豫，随时向我提问。

如果你已经解决了该问题, 非常希望你能够分享一下解决方案, 写成博客, 将相关链接放在评论区, 以帮助更多的人 ^-^