【多线程那些事儿】多线程的执行顺序如你预期吗？

一个简单的例子

先来看一个多线程的例子：
graph TB        begin(a)-->线程1(x = 1, m = y)        begin(x = 0, y = 0)-->线程2(y = 1, n = x)如图所示，我们将变量x和y初始化为0，然后在线程1中执行：

1.         x = 1, m = y;

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同时在线程2中执行:

1.         y = 1, n = x;

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当两个线程都执行结束以后，m和n的值分别是多少呢？
对于已经工作了n年、写过无数次并发程序的的我们来说，这还不是小case吗？让我们来分析一下，大概有三种情况：

• 如果程序先执行了x = 1, m = y代码段，后执行了y = 1, n = x代码段，那么结果是m = 0, n = 1;
  
• 如果程序先执行了y = 1, n = x代码段，后执行了x = 1, m = y代码段，那么结果是m = 1, n = 0;
  
• 如果程序的执行顺序先是 x = 1, y = 1, 后执行m = y, n = x, 那么结果是m = 1, n = 1;
  

所以(m, n)的组合一共有3种情况，分别是(0, 1), (1, 0)和(1, 1)。
那有没有可能程序执行结束后，(m, n)的值是(0, 0)呢？嗯...我们又仔细的回顾了一下自己的分析过程：在m和n被赋值的时候，x = 1和y = 1至少有一条语句被执行了...没有问题，那应该就不会出现m和n都是0的情况。
诡异的输出结果

不过人在江湖上混，还是要严谨一点。好在这代码逻辑也不复杂，那就写一段简单的程序来验证下吧：

1. #include <iostream>
2. #include <thread>
4. using namespace std;
6. int x = 0, y = 0, m = 0, n = 0;
7. int main()
8. {
9.         while (1) {
10.                 x = y = 0;
11.                 thread t1([&]() { x = 1; m = y; });
12.                 thread t2([&]() { y = 1; n = x; });
13.                 t1.join(); t2.join();
15.                 if (m == 0 && n == 0) {
16.                         cout << " m == 0 && n == 0 ? impossible!\n";
17.                 }
18.         }
19.         return 0;
20. }

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不过在现代C++中，要做这样的事情就简单多了。C++11引入了原子类型(atomic)，同时规定了6种内存执行顺序：

• memory_order_relaxed: 松散的，在保证原子性的前提下，允许进行任务的重新排序;
  
• memory_order_release: 代码中这条语句前的所有读写操作, 不允许被重排到这个操作之后;
  
• memory_order_acquire: 代码中这条语句后的所有读写操作，不允许被重排到这个操作之前；
  
• memory_order_consume: 代码中这条语句后所有与这块内存相关的读写操作，不允许被重排到这个操作之前；注意，这个类型已不建议被使用；
  
• memory_order_acq_rel: 对读取和写入施加acquire-release语义，无法被重排；
  
• memory_order_seq_cst: 顺序一致性，如果是写入就是release语义，如果是读取是acquire语义，如果是读取-写入就是acquire-release语义；也是原子变量的默认语义。
  

所以，我们只需要将x和y的类型改为atmioc_int，就可以避免m和n同时为0的结果出现了。修改后的代码如下：
[code]#include #include #include using namespace std;atomic_int x(0);atomic_int y(0);int m = 0, n = 0;int main(){        while (1) {                x = y = 0;                thread t1([&]() { x = 1; m = y; });                thread t2([&]() { y = 1; n = x; });                t1.join(); t2.join();                if (m == 0 && n == 0) {                        cout