为什么代码跨线程更改共享变量显然不会受到竞争条件的影响？

我正在使用Cygwin GCC并运行以下代码：

#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;
}

编译行：g++ -Wall -fexceptions -g -std=c++14 -c main.cpp -o main.o。

它打印1000，这是正确的。但是，由于线程会覆盖先前增加的值，因此我希望使用较小的数字。为什么此代码不会相互访问？

我的测试机有4个核心，对已知的程序没有任何限制。

foo用更复杂的内容替换共享内容时，问题仍然存在

if (u % 3 == 0) {
    u += 4;
} else {
    u -= 1;
}

foo()太短，以至于每个线程可能在下一个线程产生之前就完成了。如果您在foo()之前随机添加了一个睡眠时间，则u++可能会开始看到您的期望值。

重要的是要了解竞争条件并不能保证代码可以正确运行，而不能保证代码可以执行任何操作，因为这是未定义的行为。包括按预期运行。

特别是在X86和AMD64机器上，在某些情况下，竞态条件很少引起问题，因为许多指令是原子性的，并且一致性保证非常高。这些保证在多处理器系统上有所降低，在多处理器系统上，许多指令都是原子的，需要使用锁定前缀。

如果在您的计算机上增加一个原子操作，即使按照语言标准它是“未定义行为”，它也可能会正确运行。

我特别希望在这种情况下，代码可以被编译为原子的Fetch and Add指令（在X86汇编中为ADD或XADD），在单处理器系统中确实是原子的，但是在多处理器系统上，这不能保证是原子的并且是锁将需要这样做。如果您在多处理器系统上运行，则将出现一个窗口，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/foo()将您的代码编译为汇编，并编译为：

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

这意味着它仅执行一个添加指令，该指令对于单个处理器将是原子的（尽管如上所述，对于多处理器系统而言并非如此）。

我认为如果在睡前或睡后睡不着，那就不重要了u++。确切地说，操作u++转换为的代码-与产生调用线程的开销相比foo-非常快地执行，因此不太可能被拦截。但是，如果您“延长”操作u++，则竞争条件将变得更有可能：

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

结果： 694

顺便说一句：我也尝试过

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

它给了我很多时间1997，但是有时1995。

它确实患有比赛条件。放在usleep(1000);之前u++;，foo我每次看到不同的输出（<1000）。

1. 为什么竞争条件没有为您显示（尽管确实存在）的可能答案foo()是，与启动线程所花费的时间相比，它是如此之快，以至于每个线程在下一个线程甚至可以启动之前就完成了。但...

2. 即使使用原始版本，结果也会因系统而异：我在四核Macbook上按您的方式进行了尝试，在10次运行中，我获得了1000次3次，999次6次和998次。因此，这场比赛有些罕见，但显然存在。

3. 您使用进行了编译'-g'，它可以使错误消失。我重新编译了您的代码，但仍保持不变，但没有使用'-g'，并且种族变得更加明显：我得到了1000次，999次三次，998次两次，997次，996次和992次。

4. 回覆。添加睡眠的建议-有帮助，但是（a）固定的睡眠时间会使线程仍然受启动时间偏斜（取决于计时器的分辨率），并且（b）随机睡眠会在我们想要的时候散布它们将它们拉近。相反，我将对它们进行编码以等待启动信号，因此我可以在让它们开始工作之前全部创建它们。使用此版本（带或不带'-g'），我到处都能得到结果，低至974，但不高于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;
   }