为何Python全局变量未出现竞态条件？如何复现该问题？

为什么没出现竞态条件？ #

你的代码里存在一个关键的变量作用域错误：

• adder和subtractor函数通过global value声明，操作的是全局的value
• 但main函数里定义了局部变量value = 0，最后打印的是这个局部变量，和线程操作的全局变量是完全独立的两个变量

所以不管线程怎么修改全局value，你打印的始终是main里初始化的局部0，自然看不到竞态条件的结果。

如何复现竞态条件？ #

只需要删掉main函数里的value = 0，让main打印全局的value即可：

from threading import Thread, Lock

value = 0

def adder(amount, repeats):
    global value
    for _ in range(repeats):
        value += amount
 
def subtractor(amount, repeats):
    global value
    for _ in range(repeats):
        value -= amount

def main():
    # 移除局部变量声明
    adder_thread = Thread(target=adder, args=(100, 1000000))
    subtractor_thread = Thread(target=subtractor, args=(100, 1000000))

    subtractor_thread.start()
    adder_thread.start()

    print('Waiting for threads to finish...')

    adder_thread.join()
    subtractor_thread.join()

    print(f'Value: {value}')

if __name__ == '__main__':
    main()

运行修改后的代码，你会发现打印的value是随机的非零值——这就是竞态条件的结果：value += amount和value -= amount本质是读取-修改-写入三步操作，多线程下这些步骤会被打断，导致最终值偏离预期。

全局变量是否被同步原语保护？ #

没有。你的代码虽然导入了Lock，但完全没有用它来保护对全局value的访问，线程对value的操作完全无同步，这正是竞态条件产生的原因。

如果要解决竞态条件，可以用Lock包裹临界区代码：

from threading import Thread, Lock

value = 0
lock = Lock()

def adder(amount, repeats):
    global value
    for _ in range(repeats):
        with lock:
            value += amount
 
def subtractor(amount, repeats):
    global value
    for _ in range(repeats):
        with lock:
            value -= amount

def main():
    adder_thread = Thread(target=adder, args=(100, 1000000))
    subtractor_thread = Thread(target=subtractor, args=(100, 1000000))

    subtractor_thread.start()
    adder_thread.start()

    print('Waiting for threads to finish...')

    adder_thread.join()
    subtractor_thread.join()

    print(f'Value: {value}')

if __name__ == '__main__':
    main()

这样每次只有一个线程能执行value的修改操作，最终结果会稳定为0。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Oleg