c++内存模型
1、内存重排
在不影响单线程的执行结果的前提下,编译器会对程序指令进行重排执行,也就是指令的执行顺序并不是编程人员看起来的顺序。
读操作的时钟周期一般比较长,在不影响单线程计算结果的前提下,会被提前执行。
写操作的值一般会在缓冲区县缓存,延缓写入内存。
例如:
x = 1; //指令1
r1 = y; //指令2
在编译器和cpu因为优化重排后,指令2会优先于指令1执行。在单线程编程中,编程人员不用考虑内存重排带来的烦恼。因为编译器,cpu保证不影响单线程的计算结果。
但是,在多线程编程中,内存重排往往会带来意外结果。
例如:
x=y=0;
线程1 线程2
x = 1; y =1;
r1 = y; r2 = x;
由于线程的切换时机不确定,线程1 和 线程2指令的的顺序可能是(等)
x =1; x = 1; x = 1;
r1 = y; y = 1; y = 1;
y = 1; r2 = x; r1 = y;
r2 = x; r1 = y; r2 = x;
无论线程怎样切换,对于线程1和线程2来说,1、最终看到的执行顺序只有一种,且是相同的。 2、不可能出现r1=r2=0(编程人员的本意)
但是由于内存(指令)重排,如果编程人员不进行进一步干预,执行的结果会重现 r1=r2=0
2、内存栅栏
由于编译器、cpu的优化操作导致的指令重排,会出现非编程人员本意(一致性执行流)的执行结果。因此编程人员需要参与干预指令的重排。
内存栅栏也称内存屏障,编程人员可以用内存栅栏来指导、限制编译器和cpu的指令重排操作。
内存栅栏的语义: 从代码视觉上看,栅栏之后的语句不能重排到栅栏之前; 栅栏之前的语句不能重排到栅栏之后;
栅栏语义可细化为acqiure语义和release语义。
acquire 语义: 应用在读共享内存操作上,acquire语义防止read-acquire 和 程序上在它之后的任何读写操作的内存乱序(acquire之后的操作不提前);
release语义: 应用在写共享内存操作上,release语义防止write-release 和 程序上在它之前的任何读写操作的内存乱序(release之前的操作不延缓)。
3、c++内存模型
memory_order_relaxed 不对执行顺序做任何保证
memory_order_consume 本线程所有后续有关本操作的必须在本操作完成后执行
memory_order_acquire 本线程所有后续的读操作必须在本条操作完成才能执行
memory_order_release 本线程所有之前的写操作完成后才执行本操作
memory_order_acq_rel 同时包含acquire和release
memory_order_seq_cst 全部顺序执行