原子获取是否与互斥锁释放同步？

Question

我有一个对象，它在 unordered_map 中存储了一些设置，其中包含字符串键和变量值。由于我的库可能会被多个线程使用，并且读取的数量很可能会大大超过写入的数量，因此我考虑了一个写入时复制实现，其中“get”操作是无锁的，而“put”操作是关键的部分，如示例中所示：

class Cfg {
    using M = unordered_map<string,X>;
    shared_ptr<const M> data;
    mutex write_lock;
public:
    X get(string key) {
        shared_ptr<const M> cur_ver = atomic_load_explicit(&data, memory_order_acquire);
        // Extract the value from the immutable *cur_ver
    }
    void put(string key, X value) {
        lock<muted> wlock(write_lock);
        // No need for the atomic load here because of the lock
        shared_ptr<const M> cur_ver = data;
        shared_ptr<const M> new_ver = ;// create new map with value included
        // QUESTION: do I need this store to be atomic? Is it even enough?
        atomic_store_explicit(&data, new_ver, memory_order_release);
    }
}

只要获取/释放同步也会影响指向的数据而不仅仅是指针值，我有理由相信该设计有效。但是，我的问题如下：

• 此操作是否需要锁内的原子存储？
• 或者原子获取是否会与互斥解锁同步，这是一个“释放”操作？

Answer 1

原子获取是否会与作为“释放”操作的互斥解锁同步？

不，为了使获取操作与释放操作同步，获取操作必须观察释放操作的更改（或以该操作为首的潜在释放序列的某些更改）操作）。

所以是的，您需要锁内的原子存储。无法保证get 将“看到”来自put 的最新值，因为您只使用获取/释放，因此存储和加载操作之间没有总顺序。如果你想要这个保证，你必须使用memory_order_seq_cst。

附带说明 - 这个实现很可能不是无锁的，因为在大多数库实现中，atomic_load_explicit for shared_ptr 不是无锁的。问题是您必须加载指针并取消引用该指针以增加引用计数器，在一个原子操作中。这在大多数架构上是不可能的，因此atomic_load_explicit 通常使用锁来实现。

Answer 2

如果您希望您的 get 函数始终返回最新值，则需要它。您可能会在同一时钟时间内发生多次读取和写入。使用原子内存顺序确保写入在读取之前的顺序。

如果您混合使用非原子存储和原子加载，这是未定义的行为。这个thread 也讨论过。您可能有一个又一个的写入。如果你使用非原子指令，你可能会有数据竞争。

根据cppreference

memory_order_acquire

一旦释放线程中所有对内存的访问（对加载线程有可见的副作用）发生后，该操作就会发生。

memory_order_release

该操作被安排在消费或获取操作之前发生，作为其他内存访问的同步点，可能对加载线程产生明显的副作用。