Question

我正在使用Cygwin GCC并运行此代码：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
using namespace std;

unsigned u = 0;

void foo()
{
    u++;
}

int main()
{
    vector<thread> threads;
    for(int i = 0; i < 1000; i++) {
        threads.push_back (thread (foo));
    }
    for (auto& t : threads) t.join();

    cout << u << endl;
    return 0;
}

使用以下行编译：{{1}}。

打印1000，这是正确的。但是，由于线程覆盖了先前增加的值，我预计数量会减少。为什么这段代码不会受到相互访问的影响？

我的测试机器有4个核心，我对我所知道的程序没有任何限制。

将共享g++ -Wall -fexceptions -g -std=c++14 -c main.cpp -o main.o的内容替换为更复杂的内容时，问题仍然存在，例如。

foo

Answer 1

foo()非常短，以至于每个线程可能在下一个线程生成之前完成。如果您在foo()之前的u++中随机添加一次睡眠，您可能会开始看到您的期望。

Answer 2

重要的是要了解竞争条件不能保证代码运行不正确，只是它可以做任何事情，因为它是一个未定义的行为。包括按预期运行。

特别是在X86和AMD64机器上，竞争条件在某些情况下很少会引起问题，因为许多指令都是原子的，而且一致性保证非常高。在多处理器系统上，这些保证有所减少，其中许多指令需要锁定前缀才是原子的。

如果你的机器增量是一个原子操作，即使根据语言标准它也是未定义的行为，这可能会正确运行。

具体来说，我希望在这种情况下代码可能被编译为原子Fetch and Add指令（X86程序集中的ADD或XADD），这在单处理器系统中确实是原子的，但是在多处理器系统上，这不保证是原子的，需要一个锁来做到这一点。如果您在多处理器系统上运行，则会出现一个窗口，其中线程可能会干扰并产生不正确的结果。

具体来说，我使用https://godbolt.org/将您的代码编译为程序集，foo()编译为：

foo():
        add     DWORD PTR u[rip], 1
        ret

这意味着它只执行一个add指令，对于单个处理器来说它将是原子的（尽管上面提到的多处理器系统并非如此）。

Answer 3

我认为如果你在u++之前或之后进行睡眠，那就不是那么重要了。更确切地说，操作u++转换为代码 - 与生成调用foo的线程的开销相比 - 非常快速地执行，使得它不太可能被截获。但是，如果你＆＃34;延长＆＃34;操作u++，那么竞争条件将更有可能：

void foo()
{
    unsigned i = u;
    for (int s=0;s<10000;s++);
    u = i+1;
}

结果：694

顺便说一句：我也试过了

if (u % 2) {
    u += 2;
} else {
    u -= 1;
}

它给了我大部分时间1997，但有时1995。

Answer 4

它确实遭受了竞争条件。将usleep(1000);放在u++; foo之前，每次都会看到不同的输出（<1000）。

Answer 5

虽然确实存在，但为什么竞争条件没有显现出来的可能答案是foo()与所需的时间相比如此之快启动一个线程，每个线程在下一个线程完成之前甚至可以启动。但是......
即使使用原始版本，结果也会因系统而异：我在（四核）Macbook上尝试过，在十次运行中，我得到1000次，9次，6次，998次，。所以比赛有点罕见，但显然存在。
您使用'-g'编译，这有一种方法可以使错误消失。我重新编译了你的代码，但没有改变，但没有'-g'，比赛变得更加明显：我有1000次，999次，998次，997次，996次，992次。
重新。添加睡眠的建议 - 这有帮助，但是（a）固定的睡眠时间使得线程仍然在开始时间（受定时器分辨率影响）的情况下偏斜，以及（b）当我们想要的是随机睡眠时将它们展开拉近他们。相反，我会将它们编码为等待启动信号，因此我可以在让它们开始工作之前创建它们。使用此版本（有或没有'-g'），我得到的结果全部到位，低至974，不高于998：
```
#include <iostream>
#include <thread>
#include <vector>
using namespace std;

unsigned u = 0;
bool start = false;

void foo()
{
    while (!start) {
        std::this_thread::yield();
    }
    u++;
}

int main()
{
    vector<thread> threads;
    for(int i = 0; i < 1000; i++) {
        threads.push_back (thread (foo));
    }
    start = true;
    for (auto& t : threads) t.join();

    cout << u << endl;
    return 0;
}
```

为什么代码在线程之间改变共享变量显然不会受到竞争条件的影响？

5 个答案: