请教大佬有关这段C++的DCLP（Double-Checked Locking Pattern）代码，有几个问题不太确定
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悬赏园豆：30
[待解决问题]
std::atomic<Singleton*> Singleton::m_instance;
std::mutex Singleton::m_mutex;
Singleton* Singleton::getInstance() {
Singleton* tmp = m_instance.load(std::memory_order_acquire); // 第一个load
if (tmp == nullptr) {
std::lock_guard<std::mutex> lock(m_mutex); // 获取锁
tmp = m_instance.load(std::memory_order_relaxed); // 第二个load
if (tmp == nullptr) {
tmp = new Singleton;
m_instance.store(tmp, std::memory_order_release);
}
}
return tmp;
}
- 不同线程中 对同一个mutex的unlock、lock操作之间 是否一定存在“Synchronizes-With”关系？
- 代码段中的第二个load的参数是否有必要换为std::memory_order_acquire？
- 假设现有三个线程A、B、C，且三者都执行到了lock(m_mutex)，接下来 线程A 成功lock，创建了Singleton实例，并在m_instance上执行了store操作；待 线程A释放锁之后，线程B、C也会获取锁，走到代码段中的第二个load，这时线程B、C的这个 load-relaxed 会与线程A的store-release形成“Synchronizes-With”关系吗？线程B、C是如何load到线程A写入的m_instance值的？是因为对mutex的unlock、lock操作之间保证了线程间数据的可见性吗？
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不同线程中对同一个mutex的unlock、lock操作之间是否一定存在“Synchronizes-With”关系？
是的，在C++标准中，std::mutex的unlock和lock操作之间存在“Synchronizes-With”关系。具体来说，当一个线程解锁（unlock）一个std::mutex，并且另一个线程随后锁定（lock）同一个std::mutex，则这两个操作之间存在同步关系，这意味着所有在第一个线程解锁之前的操作对第二个线程可见。因此，对同一个std::mutex的解锁和加锁操作之间一定存在“Synchronizes-With”关系。
代码段中的第二个load的参数是否有必要换为std::memory_order_acquire？
不需要。第二个load使用std::memory_order_relaxed是合理的，因为在前面已经有一个锁保护的区域，并且在创建实例时已经使用了std::memory_order_release进行存储操作。在这里，std::memory_order_relaxed足够，因为在锁保护的区域内，所有的操作已经保证了顺序性和可见性。
线程A释放锁之后，线程B、C也会获取锁，走到代码段中的第二个load，这时线程B、C的这个 load-relaxed 会与线程A的store-release形成“Synchronizes-With”关系吗？线程B、C是如何load到线程A写入的m_instance值的？是因为对mutex的unlock、lock操作之间保证了线程间数据的可见性吗？
是的，线程A释放锁之后，线程B、C获取锁并走到第二个load操作。这时，虽然第二个load是memory_order_relaxed，但由于锁的操作已经保证了内存的可见性。具体来说，当线程A执行store操作并释放锁之后，线程B和C在获取锁并进入临界区时，它们能看到所有由线程A发布的修改。这是因为std::mutex的lock和unlock操作之间有“Synchronizes-With”关系，保证了线程A在释放锁之前的所有操作对B和C可见。
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来自AI
对于问题1：对同一个互斥量的unlock和lock操作之间，是具有Synchronizes-With关系的。Synchronizes-With关系确保了一对操作之间的顺序一致性，即在该关系下，前一个操作发生在后一个操作之前。
对于问题2：在代码段中的第二个load的参数是否需要换成std::memory_order_acquire，答案是可以不用换。在这种情况下，std::memory_order_relaxed是足够的。因为在这里，第一个load采用了std::memory_order_acquire，以确保对于tmp的加载是原子的，并且在数据的读取之前，其之前的操作都会完成。而第二个load只需要保证数据的一致性，而不需要保证之前的操作。
对于问题3：在多线程环境下，对于同一个互斥量的lock操作形成了happens-before关系，因此线程B和C可以看到线程A在m_instance上的store操作。由于先前的happens-before关系，线程B和C的load-relaxed与线程A的store-release之间形成了Synchronizes-With关系，确保了数据的可见性。
需要注意的是，在C++11之前，DCLP（Double-Checked Locking Pattern）是不可靠的，并且可能存在竞争条件。在C++11及之后的版本中，通过使用std::memory_order_acquire和std::memory_order_release等内存顺序标记，可以保证正确的行为。
