加法运算的 C++ 线程安全

Question

假设您正在从 2 个不同的线程更新共享数据结构，其中操作顺序无关紧要。所以所需要的只是来自两个线程的操作的正确结果。

下面的代码在我的系统上运行良好，但我认为这不是线程安全的。

#include <thread>
#include <iostream>
#include <vector>

// A vector of [100] which all have 0 as their initial values.
std::vector<int> common(100, 0);

void add10(std::vector<int> ¶m){
    for (std::vector<int>::iterator it = param.begin();
        it != param.end(); ++it){
        *it += 10;
    }
}

void add100(std::vector<int> ¶m){
    for (std::vector<int>::iterator it = param.begin();
        it != param.end(); ++it){
        *it += 100;
    }
}


int main(int argc, char *argv[]) {

    // Print vector
    for (std::vector<int>::iterator it = common.begin();
        it != common.end(); ++it){
        std::cout << *it << std::endl;
    }
    std::cout << "==> Initial Vector" << std::endl;

    std::thread t1(add10, std::ref(common));
    std::thread t2(add100, std::ref(common));

    t1.join();
    t2.join();

    // Print vector again
    for (std::vector<int>::iterator it = common.begin();
        it != common.end(); ++it){
        std::cout << *it << std::endl;
    }

    std::cout << "==> Resulting Vector" << std::endl;
}

我在这里关心的是数据竞争；

假设 t1 正在迭代第 10 个元素。从迭代器中获取值为 0。
同时，t2 正在迭代第 10 个元素，因此它们都读入了值 0。
然后他们做加法，分别是10和100。

那么在分配回向量时会不会出现数据竞争？

编辑：

对于STL数据结构，事实证明你可以像std::vector<std::atomic<int>>

一样使用它

Answer 1

是的，因为这些操作不是原子的。您使用迭代器获取一个值，向其添加一些内容并将该值存储回去——这背后有相当多的机器代码。另一个线程可以随时插入并替换您的值。

您必须确保此代码的线程安全。

您可以反汇编二进制文件或生成汇编代码，以查看这是如何在机器级别执行的。在 GCC 中，您可以使用 -S（注意：大写 S）开关来生成程序集列表。

Answer 2

如果一个线程写入一个对象，而另一个线程在没有适当同步的情况下访问（读取或写入）该对象，则会出现数据争用。如果程序包含数据竞争，则其结果是不确定的。您的程序不包含同步，但它确实并发访问共享对象，即它会导致未定义的行为。

我发现 benign data races 上的文章非常有趣：即使没有得到正确的结果是可以接受的，但事情还是会出错。

Answer 3

毫无疑问存在数据竞争，事实上，在运行你的代码两次之后，我发现结果向量的一些条目是 10，而不是 110，因为它们应该是。您可以通过 helgrind 运行您的可执行文件立即看到这一点，即 valgrind --tool=helgrind ./race，它会告诉您确切的问题所在：

==3176== Possible data race during read of size 4 at 0x5C41040 by thread #3
==3176== Locks held: none
==3176==    at 0x4010CD: add100(std::vector<int, std::allocator<int> >&) (race.cc:19)

==3176== This conflicts with a previous write of size 4 by thread #2
==3176== Locks held: none
==3176==    at 0x40106C: add10(std::vector<int, std::allocator<int> >&) (race.cc:12)

使用std::atomic<int>，而不是ints，必要时处理delete的原子复制构造函数的问题。

加法运算的 C++ 线程安全

C++ Thread Safety For Addition Operation

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