通过两个线程递增的全局变量的最终值

Question

我遇到了这个问题：

给定两个线程和一个全局变量var，两个线程运行相同的代码（C / C ++代码）：

for(int i=0; i<20; i++)
{
  var++;
}

在线程执行结束时var的可能值是什么？

如果每个线程“正确”增加var - 我猜最大值将是40。

但最低价值呢？如何实施增量操作并实际完成？

注意：在有意增加操作中没有锁定（任何类型）（当然，正确的方法是锁定它 - 问题是出于教育目的）。

Answer 1

如果var不是原子类型，则行为未定义。因此，关于可能的最终值范围的问题是不适当的。

如果var是原子类型，那么最终结果就好像线程没有同时运行一样。

Answer 2

如果你不做任何锁定，那么var++不是原子的，即变量的写入和读取可以被另一个线程中断。这意味着两个线程都可以读取相同的var值，并同时增加它。

最坏的情况是两个线程完全“同步”，即在完全相同的时间读取和写入var，因此var的最小结束值将为20。

更新：显然，在这些数据竞赛中无法保证可能的结果，请参阅下面的Bathsheba答案和他所提到的this article。

更新2：我很好奇，如果在现实世界中我们会看到低于20的值。测试设置（详情：请参阅this gist）

• 全球int var。用long和long long测试，没有任何区别
• 两个pthreads做20'000倍var++
• 可执行文件启动了10'000次并获得了最小值

预期结果将在20,000到40'000之间：

|                    Computer                   | clang | clang -O3 |  gcc  | gcc -O0 | gcc -O2 |
|-----------------------------------------------|-------|-----------|-------|---------|---------|
| Linux, ThinkPad, x86_64, Intel I7, 4 cores    | 19402 |     20000 | 18760 |   16913 |   20000 |
| Linux, Raspberry 3, ARMv7, 4 cores            | 19587 |     20000 | 19569 |   19904 |   20000 |
| OSX,  Intel i5, 4 cores                       | 17609 |     20000 | 17206 |   18049 |   20000 |
| Linux, EC2 t2.2xlarge, Intel Xeon E5, 8 cores | 19707 |     20000 | 19744 |   19881 |   40000 |

看起来很有趣：

• 是的，它可以降到20'000以下，所以“不保证”声称不仅仅是理论上的
• 如果编译器优化超过一定级别，则行为看起来更具可预测性
• 奇怪的是，在具有8个核心的EC2上，gcc -O2的最小值为40'000。