編譯器重排相對於 CPU 重排
你的原始碼只是對事情該以什麼順序發生的一個禮貌建議，而非對它們「將會」以什麼順序發生的具有約束力的契約。有兩個完全獨立的當事方會擅自更動那個順序，而要寫出正確的並行程式，你必須「同時」約束兩者。只約束其中一個，另一個就能自由地把你弄壞。
第一個當事方是「編譯器」。在編譯期，最佳化器自由地搬動載入與儲存、把值留在暫存器裡而不再重讀記憶體、合併或刪除多餘的存取、把不變的讀取上提出迴圈——這一切都合法，因為對「單一」執行緒而言可見結果不變（as-if 規則）。第二個當事方是「中央處理器」。在執行期，即使編譯出的指令已固定，硬體仍會重排記憶體操作：它有延遲寫入的儲存緩衝區、它亂序執行、它可能讓較晚的載入比較早的儲存先完成。在 x86 上這種 CPU 重排受限（TSO）；在 ARM 與 POWER 上則自由得多。
要擋住這兩者需要不同的肌肉。一道編譯器屏障（例如 asm volatile("" ::: "memory")，或更正規地、一個帶排序標籤的原子）擋住「編譯器」重排，但不發出任何 CPU 指令。一道硬體屏障（mfence、dmb、lwsync）擋住「中央處理器」，但編譯器也必須被告知。C11／C++ 原子的妙處在於：一個 memory_order 標籤同時約束兩者——它告訴最佳化器哪些不可重排，「並」讓它發出目標平台所需的那道 CPU 屏障。這正是為何你該伸手拿原子，而非自製的內嵌組語屏障——也是為何「在 x86 上不用原子也能跑」是個陷阱：即使 x86 的中央處理器不會重排，編譯器仍可能重排。
/* 沒有原子時，編譯器可能把這個... */ while (done == 0) { } /* ...靠把載入上提一次，變成這個： */ if (done == 0) for (;;) { } /* 即使另一個執行緒之後設了 done=1，仍是無限迴圈 */
純粹的編譯器重排，與中央處理器無關：最佳化器把 done 快取進暫存器，再也不重讀它。
只約束中央處理器（光一道硬體屏障）或只約束編譯器，是經典的半套修法；用語言層的原子，好讓「一個」排序標籤同時釘住兩者——並記得即使在中央處理器幾乎不重排的 x86 上，編譯器仍有完全的重排許可。