C++11内存模型

一、几种同步关系：

1. 线程内部的数据关系：

1.1 sequenced before：

这是表达式与表达式之间的一种配对的不对称的关系，仅用于同一个线程内。实际执行顺序不能破坏语句间sequenced before的关系。（[1]的1.9.13）

1.2 carries a dependency to：

仅用于同一个线程内。当某个表达式A中的某个值被用作另一个表达式B的操作数，即A carries a dependency to B（排除一些特殊情况，如kill_dependency、逻辑与逻辑或条件表达式的做操作数、逗号表达式）或者通过sequenced before关系和carries a dependency to可以推导出的表达式之间的关系。（[1]的1.10.9）

这种关系是sequenced before关系的子集。

2. 线程间的数据关系（inter-thread before）：

2.1 synchronizes-with：

不同线程之间同步关系。使用的是store-release/load-acquire。

2.1 dependency-order-before：

是一种关系弱于synchronizes-with的同步关系，使用的是store-release/load-consume。两者不同见下文部分。

3. 关系汇总：

二、内存顺序：

内存顺序主要有四种场景，单线程/线程间，顺序/乱序。

1. 多线程顺序：

这是最强的一种顺序约束，同一个原子的操作使用memory_order_seq_cst，即使在不同线程中，也可以保证该原子顺序的一致性，会在所有线程之间进行全局同步。详细代码见[3]清单5.4。

2. 松散操作：

当不同原子操作使用memory_order_relaxed，即使在相同线程，也无法保证每个原子操作产生的值的顺序。这是最松散的原子操作顺序。

3. 单线程场景：

当使用memory_order_release进行写操作或者是用memory_order_acquire进行读操作时，会产生一个synchronizes-with关系，会对前后的松散及其他操作产生额外的happens-before的约束关系，对于release/acquire上下两侧的松散操作都不能跨越这个release/acquire。

图来自[4]

当使用memory_order_consume进行读操作时，触发的并不是synchronizes-with关系，而是dependency_ordered_before关系，并不能产生相应的happens-before约束，因此对于上下的松散原子操作并不能进行顺序上的保证。对于多个consume操作的原子，dependency_order_before会保证相应的依赖链顺序一致。

[2]

参考资料：

[1] Working Draft, Standard for Programming Language C++. 1.10

[2] http://preshing.com/20140709/the-purpose-of-memory_order_consume-in-cpp11/?utm_source=tuicool&utm_medium=referral

[3] 《C++并发编程实战》第五章

[4] http://preshing.com/20120913/acquire-and-release-semantics/