了解为什么只有一个线程执行写操作时会发生竞争条件

Question

我最近问了“”并得到了完美的正确答案。但是，我仍然很困惑为什么只有一个线程执行写操作时会出现竞争条件。让我贴一下原来有问题的代码：

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

struct solution_using_thread {
    solution_using_thread()
     : alive_(true), thread_() {
        thread_ = thread([this]() {
            while(alive_);
        });
    }
    ~solution_using_thread() {
        alive_ = false;
        thread_.join();
    }
private:
    bool alive_;
    thread thread_;
};

int main() {
    cout << 0 << endl;
    try {
        solution_using_thread solution;
        throw 1;
    } catch (int i ) {
        cout << i << endl;
    }
    cout << 2 << endl;
}

有时输出只有

根据链接的问题，如果我改为使用成员 atomic<bool> alive_，输出将变为预期的结果

0
1
2

现在，我正在尝试解释成员 bool alive_ 导致未定义行为的原因。

案例 1（大团圆结局）：

变量solution已初始化：
- solution_using_thread 的默认构造函数在主线程中将 alive_ 设置为 true。
- 线程启动，alive_的值恰好是第二个线程中的true。所以线程执行卡在了while循环中。
- 在构造函数returns之前，第二个线程已经启动
我们throw 1。
- solution 的析构函数被调用。 alive_的值在主线程中是true。
- thread.join() 阻塞，直到 alive_ 的值与第二个线程同步。
- 经过一些有限的延迟 alive_ 同步后，while 循环终止，第二个线程完成，thread_.join() returns 和堆栈展开顺利完成。
输出为0 1 2

情况2（不希望，但至少'Undefined Behavior'）：

变量solution已初始化：
- solution_using_thread 的默认构造函数在主线程中将 alive_ 设置为 true。
- 线程启动，alive_的值恰好是第二个线程中的false。所以线程执行立即结束。
- 在构造函数returns之前，第二个线程已经启动。
我们throw 1
- thread.join() returns 立即，因为线程已经完成。
输出为0 1 2

显然，至少还有一种情况只打印 0。你能描述一下那个案例吗？

Answer 1

标准说，如果多个线程访问一个变量并且至少有一个访问是写入，那么如果该变量不是原子的并且操作没有顺序，则存在数据竞争，并且程序具有数据竞争具有未定义的行为。

了解这些规则，编译器可以假定非原子变量不会被乱序修改（否则任何程序都是对源代码的有效解释）；在您的示例代码中，这意味着编译器可以简单地假设 alive_ 在繁忙的循环中永远不会改变——尽管顺便说一句，像这样的非终止循环本身就是未定义的行为。

了解为什么只有一个线程执行写操作时会发生竞争条件

Understanding why race condition happens when only one thread does the write operation

exception

raii

race-condition

c++11

stdatomic