• 课程介绍：《Multiprocessor Synchronization》本科课程从理论到实践进展清晰，从共识数理论到原子操作、同步原语和无锁数据结构，以 Java 为例讲解。后将所学知识转化为 C 时，才明白课程用 Java 教学的原因，Java 能帮助写出正确的多线程代码，如 volatile 的作用等。
• 内存工作原理误区：人们常以为代码像调试时那样按行执行，变量在内存中即时变化，这是线性化的理论框架。但实际计算机内存并非线性化，如在构建无锁 FIFO 队列时，CPU 读写内存通过缓存，可能导致指令重排序，从而引发问题。
• 队列中的问题及解决：在无锁单生产者单消费者环形队列的实现中存在一个 bug，poll()有时会在没有元素时返回成功。这是因为 CPU 可能在写入队列元素前就提前更新了尾指针，导致消费者误判有元素。通过添加 fence() 可以解决这个问题，它能阻止 CPU 重排序代码，确保内存操作的顺序。但又引入了新的问题，即消费者在读取元素前也要确保尾指针已更新，需要在 poll() 中添加 fence()。
• 内存顺序与 fence：问题的本质是内存顺序，在将元素放入队列时需要更新两个变量，顺序很重要，而实际 CPU 可能会打乱代码顺序，所以需要用 fence 来告诉 CPU 顺序很重要，不能重排序。不同 CPU 表达 fence 的方式不同，它就像高速公路上的里程碑，能阻止指令跨越。
• 单所有权模式：大多数多线程代码中内存由单个线程拥有，即使线程共享内存，也通常是轮流使用。锁就是一种常见的所有权转移方式，而队列也能实现类似的所有权转移。这引出了“两阶段转移”模式，进而引出“获取”（acquire）和“释放”（release）操作。
• 获取和释放机制：抽象来看，线程释放共享内存所有权，另一个线程异步获取，这两个操作必须序列化，分别称为获取和释放操作，且需作用于同一变量并为原子操作。对于队列，tail 就是同步变量，生产者更新尾指针是释放，消费者验证尾指针更新是获取。对于锁，通常用一个 state 变量表示锁的状态，清除锁位是释放，设置锁位是获取。
• 获取和释放语义：这次不仅要考虑内部工作，还要考虑调用代码对共享内存的操作。当前队列实现中 fence() 有全局影响，但可以用更灵活的半 fence，即写释放（write-release）保证前面的代码完成后再进行释放写，读获取（read-acquire）保证后面的代码在获取读后开始。这就是获取和释放语义，可通过 stdatomic API 实现，如给 tail 变量的访问添加不同语义。
• 补充说明：编译器在优化代码时也会影响内存顺序，fence() 是一种近似的概念，stdatomic 的 atomic_thread_fence 方法要谨慎使用。还有比获取和释放语义更强的顺序保证，如顺序一致（sequentially consistent）语义，但性能更差。在 Intel 和 AMD 处理器上，内存操作按程序顺序执行，无需 fence 等，但仍需注意存储缓冲。总之，使用获取和释放语义时要注意 CPU 架构，以免出现问题。