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rust中Atomic Ordering含义总结

news 来源：原创 2025/5/18 3:36:08

Relaxed
最基础的内存排序要求，只要求当前原子操作是要么完全执行，要么还未执行，其操作结果的可见性同步在其他线程没有任何顺序的保证
Acquire
适用于读取数据操作，要求：
当前线程不能有其他的读或写被 reorder 在 load 之前其他线程的同一数据已发生的 Release 写入操作都是对其可见的。
Release
适用于写数据操作，要求：
当前线程不能有其他的读或写被 reorder 在 store 之后当前写入后的结果对其他线程的同一数据 Acquire 读取操作是可见的。
也就是说，这里线程间可见性要求，acquire load总是可以同步到其他线程已发生的release store

use std::{
    sync::atomic::{AtomicBool, Ordering},
    thread,
};
fn main() {
    // 更严谨的测试可以用loom
    for _ in 0..100000 {
        acquire_release()
    }
}

fn acquire_release() {
    static FLAG: AtomicBool = AtomicBool::new(false);
    static mut DATA: u64 = 0;
    let a = thread::spawn(|| {
        unsafe { DATA = 42 };
        FLAG.store(true, Ordering::Release);
        // 不允许有读写重排到store之后
    });
    let b = thread::spawn(|| {
        // 不允许有读写重排到load之前
        while !FLAG.load(Ordering::Acquire) {}
        assert_eq!(unsafe { DATA }, 42);
    });

    a.join().unwrap();
    b.join().unwrap();
}

AcqRel
适用于同时读写操作（Read and write）,读操作用 Acquire，写操作用 Release
SeqCst
在保证读写一定是 Acquire 和 Release 的约束外，还保证其他线程看到的原子操作顺序一致，即全局只有一种内存结果可见顺序（a single total order）。
也就是说多线程下，即使执行顺序不能保证，但执行完后全局只能有一种原子操作的结果顺序，可以每次是不一样的（因为执行的先后不同），但一旦执行顺序确定后，就不可能有第二种原子操作结果的可能性存在。如同将不同线程的原子操作执行给串行化了一样。
所以内存顺序的严格程度就是从Relax->Acquire+Relase->SeqCst。越严格当然也会带来越多的性能开销。

use std::sync::atomic::{AtomicBool, Ordering};
use std::sync::Arc;
use std::thread;
fn main() {
    let lock = Arc::new(AtomicBool::new(false));
    let lock_clone_read = lock.clone();
    let lock_clone_store = lock.clone();
    thread::spawn(move || {
        // 持有锁
        lock.store(true, Ordering::SeqCst);
        // 执行临界区操作
    });

    // 等待锁被获取
    while !lock_clone_read.load(Ordering::Acquire) {}

    // 进入临界区，可以放心的执行临界区操作了
    println!("Critical section!");

    // 释放锁
    lock_clone_store.store(false, Ordering::Release);
}