前言

C++ 11标准中最重要的特性之一，是大多数程序员都不会关注的东西。它并不是新的语法特性，也不是新的类库功能，而是新的多线程感知内存模型。本文介绍的内存模型是指多线程编程方面，而非对象的内存布局与内存对齐之类。

一、C++ 内存模型

1、为什么需要内存模型？

要回答这个问题需要从CPU架构说起，下面是一个的多核CPU架构图，如下：

• Core：每个Core独享SB与L1
• SB（Store Buffer）：Store Buffer是一个缓冲区，用于暂存CPU的写操作，它允许CPU把数据先写入Store Buffer，然后继续执行其他操作，而不是等待数据被写入缓存或内存后再进行下一步。这样设计的好处是显著降低了内存写延迟对CPU性能的影响。
• L1 Cache：存储了CPU近期可能访问的数据和指令，且两个L1 Cache独享一个L2 Cache

注意：上面的CPU架构只是部分CPU采用的架构，并不能代表全部。

为什么需要使用Cache？

如果没有Cache，CPU每执行一条指令就要到内存中取数据。执行一条指令只需要几个时钟周期，而取指令需要上百个时钟周期，这就将导致CPU大部分时间都处于等待状态，进而导致执行效率低下，引入了Cache主要解决CPU等待问题。

使用Cache会引入一些新的问题，例如：Cache的一致性、Cache的缺失等，为了解决这些问题，各CPU平台（ARM/X86/IA64）都有自己的解决方案。软件层面（编译器）也会有对应的优化，这导致了CPU执行的程序并不是你写的那个版本，只是从结果上看不出差异而已。

编译器和CPU优化都遵循了一个同样的原则，即优化后的代码若是单线程执行，要与原有代码行为保持一致；再加之多线程环境我们使用的互斥锁，其对编译器与CPU优化做了很多限制，可以让我们对线程间的执行顺序进行同步，进而保证即使被优化成了另一个程序，仍然有相同的执行结果。

若是我们从比互斥锁更为底层地去了解线程间的同步机制，我们势必会看到CPU平台（ARM/X86）和编译器的差异，进而可以知道优化的存在。现代C++的内存模型，便是为了屏蔽这些差异，而让你可以不用去了解特定平台特定编译器，也不用依赖互斥锁，从更为底层的层面，就可以完成线程间的同步。C++ 11开始提供的std::atomic模版，便可以作为更为底层的同步工具，这也是内存模型起作用的地方。