pthreads多线程C代码输出异常原因及概念误区解析

你的核心误区是把d++当成了原子操作——但实际上这个自增语句在底层会被拆成三个独立的CPU指令：

• 从内存中读取全局变量d的当前值到寄存器
• 寄存器中的值加1
• 将新值写回内存中的d

这三步不是不可分割的，当多个线程同时执行这组指令时，就会出现竞态条件：
比如线程A刚读完d=100，还没来得及加1写回，线程B也读取了d=100；之后A把101写回，B紧接着也把101写回。这相当于两次自增操作，最终d只增加了1，凭空少了一次增量。

你觉得“自增顺序不影响总和”，这个结论只在每个自增操作完整执行后，下一个操作才开始的前提下成立。但多线程环境中，线程的执行是被操作系统调度器随机打断的，指令执行顺序会交错，就会出现上面的覆盖情况，次数多了最终结果自然远小于预期的500000。

解决办法 #

• 互斥锁：给自增操作加锁，确保同一时间只有一个线程能执行d++：

  pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
  
  // 线程函数中
  for (int i = 0; i < 100000; i++) {
      pthread_mutex_lock(&mutex);
      d++;
      pthread_mutex_unlock(&mutex);
  }
  

• 原子类型：使用C11标准的原子变量代替普通全局变量，让自增操作变成原子指令：

  #include <stdatomic.h>
  atomic_int d = ATOMIC_VAR_INIT(0);
  
  // 线程函数中
  for (int i = 0; i < 100000; i++) {
      atomic_fetch_add(&d, 1);
  }
  

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Aryaman Gupta