std::memory_order 多线程编程中的内存顺序

std::memory_order 是 C++11 引入的一个枚举，用于控制多线程编程中的内存顺序。它定义了在原子操作中对内存的可见性和排序的要求。它在 C++ 标准库的 <atomic> 头文件中，配合原子类型和操作（如 std::atomic 和 std::atomic_flag）使用，以确保不同线程之间的数据同步。

下面是 std::memory_order 的每个成员及其作用：

1. `std::memory_order_relaxed`

作用：执行无序原子操作，不提供顺序一致性保证。不同线程之间的操作可以乱序，适用于对性能要求高且数据同步要求低的场景。
特点：只保证当前原子变量的操作是原子的，但不保证该操作与其他内存操作的相对顺序。
适用场景：计数器、统计等无需严格同步的数据结构。

2. `std::memory_order_consume`

作用：确保当前线程中对原子变量的操作和之后的读操作有顺序关系，但不保证写操作的顺序。
特点：在某些特定平台上能比 memory_order_acquire 更高效（例如 ARM），但支持较差，通常会被编译器提升为 memory_order_acquire。
适用场景：不常用，通常用 memory_order_acquire 替代。

3. `std::memory_order_acquire`

作用：获取同步，确保在该线程中，所有在此原子操作之前的内存写入对后续的读操作可见。
特点：防止在获取操作后发生的读写操作被重排序到获取操作之前。
适用场景：适合读操作，例如在读取一个共享变量时，需要确保读取的内容是最新的。

4. `std::memory_order_release`

作用：释放同步，确保在该线程中，所有在此原子操作之前的内存写入对其他线程可见。
特点：防止在释放操作之前的写入操作被重排序到释放操作之后。
适用场景：适合写操作，通常在向其他线程发布信息或更新状态时使用。

5. `std::memory_order_acq_rel`

作用：同时包含获取和释放语义，用于读写操作，确保此线程之前的所有写操作可见，之后的所有读操作会看到更新。
特点：读写操作均同步，防止操作的重排序。
适用场景：适合同时包含读取和写入的操作，常用于读-修改-写的操作中。

6. `std::memory_order_seq_cst`（Sequentially Consistent）

作用：顺序一致性，最强的内存顺序保证，确保所有的原子操作在全局顺序上是唯一的。
特点：确保线程间的操作严格按顺序发生，所有线程都看到一致的内存修改顺序。
适用场景：适合对内存顺序要求严格的场景，但性能可能较低。标准库中的原子操作默认使用此顺序。

总结

Memory Order	作用	适用场景
`memory_order_relaxed`	不保证内存顺序，仅确保原子性	无需同步的简单计数操作
`memory_order_consume`	仅确保后续读操作的顺序关系	很少使用，通常用 acquire 替代
`memory_order_acquire`	确保获取操作前的写操作不会重排，适合读操作	读取共享数据，确保读取的是最新数据
`memory_order_release`	确保释放操作后的写操作不会重排，适合写操作	发布信息或更新状态
`memory_order_acq_rel`	读写均同步，防止重排	读-修改-写的操作
`memory_order_seq_cst`	全局唯一顺序，最严格的内存保证	对顺序要求严格的操作

示例

以下是一个简单例子，展示如何使用 memory_order_release 和 memory_order_acquire 来实现同步：

#include <atomic>
#include <thread>
#include <iostream>std::atomic<bool> ready(false);
std::atomic<int> data(0);void producer() {data.store(42, std::memory_order_relaxed);  // 写入数据ready.store(true, std::memory_order_release);  // 发布信息
}void consumer() {while (!ready.load(std::memory_order_acquire)) {  // 等待信息发布// busy-wait}std::cout << "Data: " << data.load(std::memory_order_relaxed) << std::endl;  // 读取数据
}int main() {std::thread t1(producer);std::thread t2(consumer);t1.join();t2.join();return 0;
}

在此代码中：

producer 线程先写入数据，然后发布 ready 状态，使用 memory_order_release 确保 data 的写入在 ready 状态更新之前完成。
consumer 线程使用 memory_order_acquire 加载 ready，以确保读取到 true 状态时，data 中的值已经更新。