竞争条件究竟是如何工作的?逐步解释给定的示例

Question

我想了解竞争条件的确切工作原理。具体到这个例子。该程序的结果是最大值，即 200 000 或小于此值，例如 150 000。所以我的问题是，当结果小于 200 000 时，它何时停止计数，它是如何工作的，以及它是如何一步一步地看起来的。我想如果我能在那个例子上理解这一点，它可以帮助我理解关于多线程的一般概念。提前感谢！

using System;
using System.Threading;
class Kontekst
{
public double x = 0.0;
};
class Watek
{
public Kontekst kon;
public int num;
public Watek(Kontekst kon_, int num_)
{
kon = kon_;
num = num_;
}
public void Dzialanie()
{
Console.WriteLine("Watek " + num);
for (int i = 0; i < 100000; ++i) kon.x += 1.0;
}
};
public class SemaforyPrzyklad
{
public static void Main(string[] args)
{
Kontekst kon = new Kontekst();
Watek w1 = new Watek(kon, 1);
Watek w2 = new Watek(kon, 2);
Thread watek1 = new Thread(w1.Dzialanie);
Thread watek2 = new Thread(w2.Dzialanie);
watek1.Start();
watek2.Start();
watek1.Join();
watek2.Join();
Console.WriteLine("x = " + kon.x);
Console.ReadKey();
}
}

Answer 1

如果您还没有，请阅读什么是竞争条件？的答案。

示例中的问题出在语句kon.x += 1.0中。这看起来像一个原子操作，但事实并非如此。+=运算符(正式称为 Addition 赋值运算符(不是线程安全的。

如回答 C# += 线程安全吗？中所述，kon.x += 1.0等效于：

var temp = kon.x + 1.0;
kon.x = temp;

这就造成了"先检查后行动"的情况。由于两个线程独立地操作上下文，因此最终可能会得到如下所示的事件序列：

// let kon.x = 100
[w1] var temp = kon.x + 1.0; // w1.temp = 101
[w2] var temp = kon.x + 1.0; // w2.temp = 101
[w1] kon.x = temp; // kon.x = 101
[w2] kon.x = temp; // kon.x = 101

两个线程读取相同的初始值 (100( 并递增它，因此我们实际上"丢失"了一个增量。

在更极端的情况下，一个线程的运行速度可能比另一个线程快得多，从而导致多个增量丢失：

// let kon.x = 100
[w1] var temp = kon.x + 1.0; // w1.temp = 101
[w2] var temp = kon.x + 1.0; // w2.temp = 101
// for some reason, w2 sleeps while w1 completes several iterations
[w1] kon.x = temp; // kon.x = 101
[w1] var temp = kon.x + 1.0; // w1.temp = 102
[w1] kon.x = temp; // kon.x = 102
[w1] var temp = kon.x + 1.0; // w1.temp = 103
[w1] kon.x = temp; // kon.x = 103
// w2 wakes up from its sleep and writes a very old value to kon.x
[w2] kon.x = temp; // kon.x = 101