c++ - 在 Folly 的无锁 SPSC 队列中使用 std::memory_order_consume

Question

在试图理解如何处理无锁代码的过程中，我尝试编写一个单一消费者/单一生产者无锁队列。一如既往，我检查了论文、文章和代码，特别是考虑到这是一个有点微妙的主题。

所以，我在 Folly 库中偶然发现了这个数据结构的实现，可以在这里找到: https://github.com/facebook/folly/blob/master/folly/ProducerConsumerQueue.h

就像我看到的每个无锁队列一样，这个队列似乎使用循环缓冲区，所以我们有两个 std::atomic<unsigned int>变量:readIndex_和 writeIndex_ . readIndex_指示我们将阅读的下一个索引，以及 writeIndex_下一个我们将写的。看起来很简单。

因此，乍一看，实现似乎很干净而且非常简单，但我发现有一点很麻烦。事实上，一些函数像 isEmpty() , isFull()或 guessSize()正在使用 std::memory_order_consume检索索引的值。

公平地说，我真的不知道它们的用途是什么。别误会，我知道 std::memory_order_consume 的用法在通过原子指针进行依赖的经典情况下，但在这里，我们似乎没有任何依赖!我们只是得到索引，无符号整数，我们不创建依赖关系。在这种情况下对我来说，std::memory_order_relaxed是等价的。

但是，我不相信自己比设计此代码的人更能理解内存顺序，因此我为什么要在这里问这个问题。有什么我遗漏或误解的吗？

提前感谢您的回答!

Answer 1

几个月前我也有同样的想法，所以我提交了this pull request回到 10 月，建议他们将 std::memory_order_consume 加载更改为 std::memory_order_relaxed 因为消费根本没有意义，因为没有可以携带的依赖项使用这些函数从一个线程到另一个线程。它最终引发了一些讨论，这些讨论揭示了 isEmpty()、isFull() 和 sizeGuess 的可能用例如下:

//Consumer    
while( queue.isEmpty() ) {} // spin until producer writes 
use_queue(); // At this point, the writes from producer _should_ be visible

这就是为什么他们解释说 std::memory_order_relaxed 不合适而 std::memory_order_consume 合适。然而，这只是因为 std::memory_order_consume 在我所知道的所有编译器上被提升为 std::memory_order_acquire。因此，虽然 std::memory_order_consume 可能看起来提供了正确的同步，但将其留在代码中并假设它将保持正确是相当误导的，尤其是如果 std::memory_order_consume 将按预期实现。上述用例无法在较弱的架构上运行，因为不会生成适当的同步。

他们真正需要的是让这些加载 std::memory_order_acquire 使其按预期工作，这就是我提交 this other pull request 的原因几天前。或者，他们可以将获取负载从循环中取出并在末尾使用栅栏:

//Consumer    
while( queue.isEmpty() ) {} // spin until producer writes using relaxed loads
std::atomic_thread_fence(std::memory_order_acquire);
use_queue(); // At this point, the writes from producer _should_ be visible

无论哪种方式，std::memory_order_consume 在这里都被错误地使用了。