Python线程同步原语必要性验证：寻求竞态条件差异示例

为什么你的初始代码没出现竞态 #

你之前的代码未触发竞态，是因为CPython的全局解释器锁（GIL）在执行简单字节码序列时不会频繁释放。counter += 1虽拆分为读取、计算、赋值三个非原子步骤，但如果线程在执行这几步时未被GIL调度打断，结果就会符合预期。要明显展示竞态，需让线程在修改共享变量时更易被切换。

无锁与加锁的对比示例 #

以下示例通过拆分递增操作并加入微小延迟，刻意触发线程切换，清晰展示同步原语的作用：

无锁版本（存在竞态）

from threading import Thread
import time

COUNT = 1000
NUM_THREADS = 10
counter = 0

def increment():
    global counter
    for _ in range(COUNT):
        # 显式拆分递增步骤，加入微小延迟触发GIL释放
        current = counter
        time.sleep(0.000001)
        counter = current + 1

threads = [Thread(target=increment) for _ in range(NUM_THREADS)]
for thread in threads:
    thread.start()
for thread in threads:
    thread.join()

print(f"无锁结果: {counter}")
print(f"预期结果: {COUNT * NUM_THREADS}")
print(f"差值: {counter - COUNT * NUM_THREADS}")

运行后，counter的值会远小于预期的10000——多个线程会同时读取到相同的current值，各自加1后赋值，导致大量递增操作被覆盖。

加锁版本（无竞态）

from threading import Thread, Lock
import time

COUNT = 1000
NUM_THREADS = 10
counter = 0
lock = Lock()

def increment():
    global counter
    for _ in range(COUNT):
        # 使用Lock确保临界区代码原子执行
        with lock:
            current = counter
            time.sleep(0.000001)
            counter = current + 1

threads = [Thread(target=increment) for _ in range(NUM_THREADS)]
for thread in threads:
    thread.start()
for thread in threads:
    thread.join()

print(f"加锁结果: {counter}")
print(f"预期结果: {COUNT * NUM_THREADS}")
print(f"差值: {counter - COUNT * NUM_THREADS}")

运行后，counter的值会严格等于10000——with lock块保证同一时间只有一个线程能执行临界区代码，彻底避免了数据竞争。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者ibarbylev