c++ - 此信封实现是否正确使用 C++11 原子？

Question

我编写了一个简单的“信封”类，以确保我正确理解 C++11 原子语义。我有一个 header 和一个有效负载，编写器清除 header ，填充有效负载，然后用递增的整数填充 header 。这个想法是，读者可以读取 header ，memcpy 出有效负载，再次读取 header ，如果 header 相同，则读者可以假设他们成功复制了有效负载。读者可能会错过一些更新，但这对他们来说是不好的，因为他们会得到一个 splinter 的更新(其中存在来自不同更新的字节的混合)。只有一个读者和一个作者。

写入器使用释放内存顺序，读取器使用获取内存顺序。

memcpy 是否存在通过原子存储/加载调用重新排序的风险？或者负载可以相互重新排序吗？这对我来说永远不会中止，但也许我很幸运。

#include <iostream>
#include <atomic>
#include <thread>
#include <cstring>

struct envelope {
    alignas(64) uint64_t writer_sequence_number = 1;
    std::atomic<uint64_t> sequence_number;
    char payload[5000];

    void start_writing()
    {
        sequence_number.store(0, std::memory_order::memory_order_release);
    }

    void publish()
    {
        sequence_number.store(++writer_sequence_number, std::memory_order::memory_order_release);
    }

    bool try_copy(char* copy)
    {
        auto before = sequence_number.load(std::memory_order::memory_order_acquire);
        if(!before) {
            return false;
        }
        ::memcpy(copy, payload, 5000);
        auto after = sequence_number.load(std::memory_order::memory_order_acquire);
        return before == after;
    }
};

envelope g_envelope;

void reader_thread()
{
    char local_copy[5000];
    unsigned messages_received = 0;
    while(true) {
        if(g_envelope.try_copy(local_copy)) {
            for(int i = 0; i < 5000; ++i) {
                // if there is no tearing we should only see the same letter over and over
                if(local_copy[i] != local_copy[0]) {
                    abort();
                }
            }
            if(messages_received++ % 64 == 0) {
                std::cout << "successfully received=" << messages_received << std::endl;
            }
        }
    }
}

void writer_thread()
{
    const char alphabet[] = {"ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZ"};
    unsigned i = 0;
    while(true) {
        char to_write = alphabet[i % (sizeof(alphabet)-1)];
        g_envelope.start_writing();
        ::memset(g_envelope.payload, to_write, 5000);
        g_envelope.publish();
        ++i;
    }
}

int main(int argc, char** argv)
{
    std::thread writer(&writer_thread);
    std::thread reader(&reader_thread);

    writer.join();
    reader.join();

    return 0;
}

Answer 1

这称为 seqlock；它存在数据竞争，仅仅是因为对 memset 和 memcpy 的调用存在冲突。有人建议提供类似 memcpy 的工具来使此类代码正确； most recent不太可能出现在 C++26 之前(即使获得批准)。