为何ThreadSanitizer仅报告单个数据竞争？测试程序含两处竞态

我编写了一个故意包含两处数据竞争的测试程序，但无论如何修改，ThreadSanitizer（TSAN）始终仅报告第一处竞态。请问TSAN是否只会报告单个Bug？是否存在Bug被其他Bug遮挡导致无法检测的情况？这与我的程序是否有关？

测试程序代码 #

#include <thread>
#include <mutex>
#include <atomic>
#include <iostream>
#include <unistd.h>

std::atomic<bool> stop{false};

std::mutex main_t1_mutex;
std::mutex t1_t2_mutex; // fully useless by intention

// global vars accessed by main and threads
int i1; 
int i2; 

void func_t1(int* retval)
{
    int internal = 0;
    //while( !stop )
    for ( unsigned int tt = 0; tt < 1000; tt++ )
    {   
        //main_t1_mutex.lock();
        t1_t2_mutex.lock();
        internal+=i1;
        t1_t2_mutex.unlock();
        //main_t1_mutex.unlock();
        usleep(1*100);
    }   

    *retval=internal;
}

void func_t2(int* retval)
{
    int internal = 0;
    //while( !stop )
    for ( unsigned int tt = 0; tt < 1000; tt++ )
    {   
        // this mutex will never protect against main thread. Intended for testing valgrind/tsan
        t1_t2_mutex.lock();
        internal+=i2;
        t1_t2_mutex.unlock();
        usleep(1*100);
    }   

    *retval = internal;
}

int main()
{
    std::cout << "Hallo" << std::endl;

    int retval1;
    int retval2;
    std::thread t1( func_t1, &retval1 );
    std::thread t2( func_t2, &retval2 );

    for ( unsigned int i = 0; i < 10; i++ )
    {   
        usleep(1*1000);
        main_t1_mutex.lock();
        i1 = i;
        i2 = i;
        main_t1_mutex.unlock();
        std::cout << "step " << i << std::endl;
    }

    //stop=true;

    t1.join();
    t2.join();

    std::cout << "Value 1: " << retval1 << std::endl;
    std::cout << "Value 2: " << retval2 << std::endl;
}

TSAN不是只会报告单个数据竞争，它具备检测并报告多个竞态条件的能力，但确实存在部分竞态因未被实际触发而无法被检测到的情况，这和你的程序逻辑直接相关。

你的程序中的两处竞态分析 #

1. 第一处（已被检测）：i1的访问冲突。主线程用main_t1_mutex保护i1的写操作，但t1线程用t1_t2_mutex读取i1——两个线程使用的是不同互斥锁，完全无法同步，因此必然存在数据竞争，TSAN能稳定捕捉到这个冲突。
2. 第二处（未被检测）：i2的访问冲突。主线程用main_t1_mutex写i2，t2线程用t1_t2_mutex读i2，同样是不同锁的无同步访问，理论上也是数据竞争，但TSAN没报告的原因在于：
   • 竞态触发概率低：主线程仅循环10次，每次休眠1秒；而t2线程循环1000次，每次休眠0.1秒。两者的访问时机交叉概率极低，TSAN需要捕捉到实际发生的线程间数据访问冲突才能报告，若运行过程中没产生足够的交叉操作，就不会被检测到。
   • 线程调度随机性：不同运行环境下的线程调度顺序不同，可能某次运行能触发第二处竞态，某次则不行。
   • TSAN的动态检测特性：TSAN是动态工具，依赖程序运行时的实际执行轨迹，而非静态分析。如果某个竞态在本次运行中没有实际发生，就不会被记录。

让TSAN检测到第二处竞态的调整方案 #

• 缩短主线程的休眠时间，比如把usleep(1*1000)改为usleep(100)，提高写i2的频率，增加和t2线程读操作的交叉概率。
• 移除所有usleep调用，让线程尽可能密集地访问共享变量，大幅提升竞态触发的可能性。
• 增加主线程的循环次数，比如从10改为1000，延长写操作的持续时间，覆盖t2线程的整个执行周期。

补充说明 #

TSAN默认会在检测到第一个数据竞争后继续运行（除非你通过halt_on_error=1参数强制终止），所以它并非只报告单个Bug，只是你的程序中第二处竞态未被实际触发而已。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Klaus