C11中__atomic_thread_fence如何理解

news/2025/9/25 16:17:39/文章来源:https://www.cnblogs.com/guxuanqing/p/19111416

C11 中的 atomic_thread_fence 函数是一种同步原语，用于在线程间强制执行内存排序约束。
它为非原子操作和松弛原子操作建立内存同步顺序，而不执行实际的原子操作。这在多线程环境中
尤其有用，可确保内存变化在不同线程间的适当可见性。
函数原型 void atomic_thread_fence(memory_order order)；
参数 order：指定内存排序约束。它可以有以下值：
memory_order_relaxed：无同步效果。
memory_order_acquire：作为获取栅栏，本线程中,所有后续的读操作必须在本条原子操作完成后执行
memory_order_release：作为释放栅栏，本线程中,所有之前的写操作完成后才能执行本条原子操作
memory_order_acq_rel：作为获取/释放栅栏
memory_order_seq_cst：执行顺序一致的排序。
关键概念
获取栅栏：确保当前线程中栅栏后的所有内存操作不会在栅栏前重新排序。
释放栅栏：确保当前线程中栅栏前的所有内存操作不会在栅栏后重新排序。
顺序一致性：为所有线程提供全局操作顺序，确保内存视图的一致性。
使用示例下面的示例演示了如何使用 atomic_thread_fence 实现线程间的同步：
#include <stdatomic.h> (包含 <stdatomic.h>) #include <stdio.h> atomic_int shared_data = 0； atomic_int flag = 0； void producer() { shared_data = 42; // 写入共享数据 atomic_thread_fence(memory_order_release); // 释放栅栏 atomic_store_explicit(&flag, 1, memory_order_relaxed); // 信号消费者 } void consumer() { while (atomic_load_explicit(&flag, memory_order_relaxed) == 0); // 等待信号 atomic_thread_fence(memory_order_acquire); // 获取栅栏 printf("Shared Data: %d\n", shared_data); // 安全读取共享数据 }

#include <stdatomic.h>
#include <stdio.h>
atomic_int shared_data = 0;
atomic_int flag = 0;
void producer() {shared_data = 42; // Write to shared dataatomic_thread_fence(memory_order_release); // Release fenceatomic_store_explicit(&flag, 1, memory_order_relaxed); // Signal consumer
}
void consumer() {while (atomic_load_explicit(&flag, memory_order_relaxed) == 0); // Wait for signalatomic_thread_fence(memory_order_acquire); // Acquire fenceprintf("Shared Data: %d\n", shared_data); // Safely read shared data
}

说明:
生产者向 shared_data 中写入数据，并使用释放栅栏确保其他线程可以看到写入数据，然后通过标志发出信号。消费者等待信号，并使用获取栅栏确保看到 shared_data 的更新值。
实际考虑因素
性能：
栅栏会阻止某些编译器和硬件优化，从而带来开销。请谨慎使用，在正确性和性能之间取得平衡。
特定平台行为：
在某些架构（如 x86）上，某些限制可能不会生成 CPU 指令，而只会影响编译器优化。
互补原子操作：
栅栏通常与原子操作（如 atomic_store,atomic_load）一起使用，以建立同步点。通过使用 atomic_thread_fence，开发人员可以实现对内存排序的精细控制，确保并发程序的正确性。

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