C++使用std::thread多线程执行自增操作大数值下输出异常原因问询

1. 对join()的功能误解 #

join()的作用不是让你创建的t1、t2按顺序串行执行，它仅仅是让调用join()的主线程在当前位置阻塞，等待目标子线程执行完毕后再继续向下运行。
你在创建t1、t2的那一刻，两个子线程就已经被操作系统调度开始并行执行，并不是等调用join()时才启动，也不会等t1执行完t2才开始运行，join()完全不会干预子线程之间的执行时序。

2. 结果不稳定的根本原因：竞态条件 #

你遇到的结果不符合预期是典型的多线程竞态条件问题，和join()是否生效没有任何关系：

• 你写的m++看起来是一行代码，实际在CPU执行时会被拆分为3步：读取内存中m的当前值到寄存器、寄存器值+1、将新值写回内存
• 没有同步保护的情况下，两个线程可能同时执行这3步操作，比如线程1读取到m=100、加1为101还没写回时，线程2也读取到m=100、加1为101，最终两个线程都写回101，本该两次自增得到102，实际只加了1，最终结果就会小于预期的2*var
• 小数值var下结果符合预期的原因是：任务执行时间极短，可能t1在t2被操作系统调度启动前就已经执行完所有操作，两个线程的执行时间没有重叠，刚好没有触发冲突，属于巧合的正确，不是必然结果。

3. volatile的作用误区 #

这里你用到的volatile完全无法解决多线程同步问题，它的作用仅仅是告诉编译器不要对该变量的读写做指令优化，每次都必须直接从内存读取、直接写回内存，既不保证操作的原子性，也不提供多线程所需的内存屏障，对线程安全没有任何帮助。

• 方案一：将普通变量替换为原子变量，只需修改m的定义即可，原子变量的自增操作原生是线程安全的：

std::atomic<int> m = 0;

• 方案二：使用互斥锁保护临界区，每次操作m前加锁，操作完成后解锁：

volatile int m = 0;
std::mutex mtx;
void ThdFun(int i)
{
    for (int j = 0; j < i; ++j) {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        m++;
    }
}

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Megan Darcy