为何无IO的Ruby代码在GVL下仍出现竞态条件？

你的核心误解是对GVL释放时机的认知偏差：Ruby的GVL并非只有在IO操作时才会释放，原生线程在执行完固定数量的Ruby字节码指令后，会主动释放GVL，让其他等待的线程有机会获取锁并执行代码——这就是无IO代码仍出现竞态的关键原因。

具体代码的竞态拆解 #

你的代码里存在两处致命的非原子操作，结合GVL的主动释放机制，就会导致to的数值超出预期：

1. while from > 0的判断与后续操作非原子
   比如线程A执行while from > 0时，from的值为1，判断结果为真，但此时线程A刚好执行完预设的指令数，主动释放了GVL。线程B此时获取GVL，同样判断from > 0（此时from还是1），接着执行from -=1（from变为0）和to +=1。随后线程A重新获取GVL，继续执行剩下的from -=1（from变为-1）和to +=1——这就导致to多增加了1，多次触发后最终数值就会超过初始的100000000。
2. from -=1和to +=1本身非原子
   这两个操作在Ruby字节码中会被拆分为三个步骤：读取变量当前值→执行加减运算→将结果写回变量。如果在读取和写回之间发生GVL切换，同样会导致多个线程对同一变量的操作相互覆盖，进一步加剧竞态问题。

为什么加Mutex能解决问题 #

Mutex会把while循环内的所有操作包裹成一个原子执行块：只有获取到Mutex锁的线程才能执行这段代码，其他线程必须等待锁释放后才能进入。这就彻底规避了GVL主动释放带来的线程切换，保证了判断、自减、自增操作的原子性，因此to的数值始终等于初始的100000000。

补充：GVL的核心特性 #

GVL的作用是限制同一时间只有一个原生线程执行Ruby代码，但它是基于指令计数的可抢占式锁：

• 线程在执行IO操作、sleep、调用C扩展（如果C扩展主动释放GVL）时会释放GVL
• 即使没有上述操作，线程执行完固定数量的字节码指令后，也会主动释放GVL，让其他线程有运行机会

这意味着，只要代码中存在非原子的共享变量操作，即使没有IO，也可能因为GVL的主动切换出现竞态条件。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者S0i