TMyColors类多线程数据访问的线程安全性确认

问题背景 #

我有一个用于存储颜色值的类：

TMyColors = class
private
  Colors: array [0 .. MaxCols - 1, 0 .. MaxRows - 1] of TColor;
public
  NumColumns: Cardinal;
  NumRows: Cardinal;
  function GetColor1(col, row: Integer): TColor;
  function GetColor2(col, row: Integer): TColor;
end;

function TMyColors.GetColor1(col, row: Integer): TColor;
begin
  Result := Colors[col, row];
end;

function TMyColors.GetColor2(col, row: Integer): TColor;
begin
  if InRange(col, 0, NumColumns - 1) and InRange(row, 0, NumRows - 1) then
    Result := Colors[col, row]
  else
    Result := 0;
end;

其中NumColumns和NumRows表示实际使用的列数和行数。该类作为全局变量用于多线程应用，所有线程都会访问MyColors的值。

我的假设：在无其他线程修改Colors内容的前提下，GetColor1的使用是线程安全的，而GetColor2则不是线程安全的。现需要确认该假设是否正确。

分析与结论 #

核心判断标准 #

线程安全的核心是：多线程访问共享资源时，不会出现数据不一致、逻辑错误或未定义行为。对于只读场景，关键看读取操作的原子性，以及读取过程中依赖的变量是否可能被修改。

分场景讨论 #

场景1：所有线程仅读取，无任何写操作（Colors、NumColumns、NumRows均不会被修改）

• GetColor1是线程安全的：它直接读取Colors[col, row]，TColor通常是32位整数类型，这类变量的读取在主流CPU架构下是原子操作，多个线程同时读取同一内存位置不会出现部分读取的情况，也不会有数据竞争。
• GetColor2也是线程安全的：虽然它先读取NumColumns和NumRows做范围判断，但这两个Cardinal类型的变量读取同样是原子操作，且没有任何线程修改它们，判断逻辑不会出现中间状态，多线程同时调用不会有问题。

场景2：存在线程修改NumColumns或NumRows（但不修改Colors）

• GetColor1仍然是线程安全的：它不依赖NumColumns和NumRows，只要Colors数组本身不被修改，读取单个元素的原子性就保证了线程安全（注意：GetColor1本身没有范围检查，传入越界的col/row会导致数组访问错误，这是逻辑错误，而非线程安全问题）。
• GetColor2不是线程安全的：问题出在范围判断的执行过程中：
  1. 线程A读取NumColumns的值并计算NumColumns - 1
  2. 线程B此时修改了NumColumns的值（比如将其改小）
  3. 线程A用之前读取的旧值完成范围判断，可能会让超出新NumColumns范围的col通过检查
  4. 线程A随后访问Colors[col, row]，导致数组越界或读取到非预期位置，出现逻辑错误，这属于线程安全问题。

对原假设的总结 #

你的假设仅在**存在线程修改NumColumns/NumRows但不修改Colors**的场景下成立；如果所有共享变量都处于只读状态，那么两个方法都是线程安全的。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Matej