pthread 竞争条件，可疑行为

我编写了以下代码来演示同一进程的两个线程之间的竞争条件。

`

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>

int c = 0;
void *fnC()
{
    int i;
    for(i=0;i<10;i++)
    {   
        c++;
        printf(" %d", c); 
    }   
}


int main()
{
    int rt1, rt2;
    pthread_t t1, t2; 
    /* Create two threads */
    if( (rt1=pthread_create( &t1, NULL, &fnC, NULL)) )
        printf("Thread creation failed: %d\n", rt1);
    if( (rt2=pthread_create( &t2, NULL, &fnC, NULL)) )
        printf("Thread creation failed: %d\n", rt2);
    /* Wait for both threads to finish */
    pthread_join( t1, NULL);
    pthread_join( t2, NULL);
    printf ("\n");
    return 0;

}

`

我运行了这个程序，并预计两个线程之间会出现竞争条件（但是，我知道竞争条件的可能性非常小，因为线程主函数非常小）。 我运行了 50000 次。以下是输出，

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 - 49657 times (no race condition)
1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2 12 13 14 15 16 17 18 19 20 - 244 times (race condition occurs)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 12 13 14 15 16 17 18 19 20 - 99 times (race condition occurs)

问题是， 当输出 2 中出现竞争条件时，线程 1 打印 1 并被换出处理器，线程 2 进入。它开始工作，在线程 2 打印 11 后，它被换出，线程 1 进入。它必须打印12，而是打印 2（实际上应该缺少 2）。我不知道怎么办。请帮助我理解这里发生了什么。

你正在以 C 思维方式思考，但如果你想考虑竞争条件，你必须在较低的层面上思考。

在调试器中，您通常在单行代码上设置断点，并且可以通过单步执行程序来观察每行代码的执行情况。但这不是机器的工作方式，机器可能会为每一行代码执行多条指令，并且线程可以在任何地方中断。

让我们看看这一行。

printf(" %d", c);

在机器代码中，它看起来像这样：

load pointer to " %d" string constant
load value of c global
# <- thread might get interrupted here
call printf

因此，这种行为并不意外。您必须加载的值c在你打电话之前printf，所以如果线程被中断的话always有机会c已经过时了printf做任何事。除非你做点什么来阻止它。

修复竞争条件：

pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

int c = 0;
void *func(void *param)
{
    int i;
    for (i=0; i<10; i++) {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        c++;
        printf(" %d", c);
        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }
    return NULL;
}

什么是volatile do?

问题中的代码可以转换为汇编代码，如下所示：

load the current value of c
add 1 to it
store it in c
call printf

不需要重新加载c在它递增之后，因为 C 编译器可以假设除了当前线程之外没有其他人（没有其他线程或设备）更改内存。

如果你使用volatile，编译器将严格保留每个加载和存储操作，并且程序集将如下所示：

load the current value of c
add 1 to it
store it in c
# compiler is not allowed to cache c
load the current value of c
call printf

这没有帮助。实际上，volatile几乎没有帮助。大多数C程序员不明白volatile，并且对于编写多线程代码几乎没有用处。对于编写信号处理程序、内存映射IO（设备驱动/嵌入式编程）很有用，对于正确使用setjmp/longjmp.

脚注：

编译器无法缓存以下值c打电话给printf，因为据编译器所知，printf可以换c (c毕竟是一个全局变量）。有一天，编译器可能会变得更加复杂，它可能知道printf没有改变c，因此程序可能会崩溃得更严重。