C++内存顺序，用于一致地存储来自多个线程的原子变量

Question

运行以下代码数百次，我希望打印的值始终是3，但似乎只有大约75%的时间是3。这可能意味着我对C++中各种内存顺序的用途或原子操作的意义有误解。我的问题是：有没有办法保证下面程序的输出是可预测的

#include <atomic>
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
int main () {
std::atomic<int> cnt{0};
auto f = [&](int n) {cnt.store(n, std::memory_order_seq_cst);};
std::vector<std::thread> v;
for (int n = 1; n < 4; ++n)
v.emplace_back(f, n);
for (auto& t : v)
t.join();
std::cout << cnt.load() << std::endl;
return 0;
}

例如，以下是运行100次后的输出统计数据：

$ clang++ -std=c++20 -Wall foo.cpp -pthread && for i in {1..100}; do ./a.out; done | sort | uniq -c
2 1
21 2
77 3

Answer 1

您观察到的是与内存顺序正交的。

调度程序无法保证具有相同优先级的线程的执行顺序。即使CPU空闲并且线程被分配给不同的CPU，缓存未命中和锁争用也会使线程相对于其他CPU上的线程停滞。或者，如果CPU正忙于运行具有相同或更高优先级的其他线程，那么您的新线程将不得不等待，直到运行的线程耗尽其在内核中的时间片或块，无论之前发生什么，调度程序都很难预测。只有当系统有一个CPU时，新线程才会按预期的顺序运行，因为它们将在一个CPU上形成一个队列。

std::memory_order_relaxed在这里就足够了，因为您不需要在存储到cnt和存储/加载到其他非原子变量之间进行任何排序。std::atomic总是原子的，std::memory_order指定是否可以相对于std::atomic变量的加载或存储对其他非原子变量的加载和存储进行重新排序。