C++11多线程 release sequence

C++11多线程 release sequence 引言

C++11多线程系列主要介绍和讲解现代C++中多线程中内存模型/内存序等相关的知识，后期可能扩展为C++多线程中各个组件相关的内容。

为了完善内存模型相关结构，本篇文章主要讲解release sequence的概念及应用。增加对C++ 内存序的进一步理解。

release sequence 定义

关于C++ release sequence定义，可参考如下引用

A release sequence is a subsequence of the modification order of an atomic object. It is headed by a release operation A and followed by an arbitrary number of

• atomic operations performed by the same thread that performed A or

• atomic read-modify-write operations.

关于上述解释，可参考如下理解：

release sequence是针对某一个原子对象而言的修改链，该链以一个release operation为起点，后续元素可由

1. 同一个线程中的原子 *** 作

2. 同一个线程/其他线程中的原子RMW *** 作构成

一个逻辑上的release sequence序列可能会如下表现

release sequence的作用

release sequence的作用：简单来说，为了保证release sequence中的后续原子 *** 作与初始化的release operation保持同步于关系，从而产生内存模型所允许的结果以及符合开发者直觉。

release sequence代码示例

为了更好的说明release sequence的作用，给出如下代码以供解释，该代码来自《C++ Concurrency in Action》相关章节。

#include 
#include 
#include 

std::vector queue_data;
std::atomic count;
void wait_for_more_items();
void process(int);

void populate_queue() {
  const unsigned int number_of_items = 20;
  queue_data.clear();
  for (unsigned i = 0; i < number_of_items; ++i) {
    queue_data.emplace_back(i);
  }
  
  // release sequence初始化点，也即sequence header
  count.store(number_of_items, std::memory_order_release);
}

void consume_queue_items() {
  while (true) {
    int item_index;
    // release sequence中的RMW原子操作
    if ((item_index = count.fetch_sub(1, std::memory_order_acquire)) <= 0) {
     wait_for_more_items();
     continue;
    }

    process(queue_data[item_index-1]);
  }
}

int main() {
  std::thread a(populate_queue);
  std::thread b(consume_queue_items);
  std::thread c(consume_queue_items);
  a.join();
  b.join();
  c.join();
  return 0;
}

上述代码可作如下说明：

如果没有release sequence规则，则假设a中release *** 作仅仅同步于b中acquire *** 作，则此时，b可以消费到正确的值，但c会产生data race，因为c中的acquire *** 作并没有同步于a中的release *** 作。

正因为有了release sequence规则，上述代码在多线程下可以正常工作。

关于上述代码可能存在如下release sequence，取自《C++ Concurrency in Action》相关章节，相信如下图中内容，应该可以明白了。

 上述实线表示同步于关系，虚线表示release sequence关系。

总结

本文中讲解了release sequence的相关定义和使用，完善了相应的C++11多线程 内存序系列文章，后续抽时间会完善C++中fence相关的知识。