Sharing Data & Race Conditions

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Sharing Data & Race Conditions

多线程编程的一个经典问题就是Race Condition。

What is a Race Condition?

race condition是多线程编程的一个经典bug，它指的是当多个线程并行执行某些操作时，它们访问公共的内存区域。此时有若干个线程回去修改这篇内存区域的的数据。

A Practical example of Race Condition

假设有这样的一个钱包类，我们提供一个成员函数addMoney()：

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class Wallet
{
    int mMoney;
public:
    Wallet() :mMoney(0){}
    int getMoney() { return mMoney; }
    void addMoney(int money)
    {
       for(int i = 0; i < money; ++i)
       {
          mMoney++;
       }
    }
};

接着我们创建5个线程，共享这个钱包类的对象，并行地添加1000到哪步的money变量，预期结果钱包类的结果应该是5000。

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int testMultithreadedWallet()
{
   Wallet walletObject;
   std::vector<std::thread> threads;
   for(int i = 0; i < 5; ++i){
        threads.push_back(std::thread(&Wallet::addMoney, &walletObject, 1000));
   }
 
   for(int i = 0; i < threads.size() ; i++)
   {
       threads.at(i).join();
   }
   return walletObject.getMoney();
}
 
int main()
{
 
  int val = 0;
  for(int k = 0; k < 1000; k++)
  {
     if((val = testMultithreadedWallet()) != 5000)
     {
       std::cout << "Error at count = "<<k<<" Money in Wallet = "<<val << std::endl;
     }
  }
  return 0;
}

但由于并发时，mMoney++并不是原子操作，而是分为三个机器指令：

  • 从存储加载mMoney到寄存器；
  • 递增寄存器的值；
  • 把寄存器的值更新回存储；

以下是出现的几种非预期结果：

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Error at count = 14 Money in Wallet = 4000
Error at count = 44 Money in Wallet = 4112
Error at count = 52 Money in Wallet = 4387
Error at count = 65 Money in Wallet = 4904
Error at count = 81 Money in Wallet = 4907
Error at count = 98 Money in Wallet = 4666