C++ atomics学习中：race condition为何会出现x输出2,1的情况

首先要明确：代码里的非原子++x根本不是不可拆分的原子操作，硬件层面会被拆成3个可被任意打断的独立步骤：

• 从全局内存加载x的当前值到当前线程绑定的CPU寄存器
• 在寄存器中对加载到的值做+1计算
• 把寄存器中的计算结果写回全局内存的x位置

这些步骤的任何间隙，操作系统调度器都可以暂停当前线程、切换CPU运行权；加上多CPU核心的缓存存在延迟，写回内存的操作可以拖很久执行，甚至直接覆盖其他线程已经写好的内存值。

触发2,1输出的完整时序链路：

1. 初始全局x=0，t1启动执行add：把x=0加载到自己的寄存器，完成+1计算得到结果1，短暂把这个1写回内存让x变成1，随后立刻被调度器挂起，连cout的入口都没走到。此时t1的本地缓存还保留着自增的临时值状态。
2. 调度器切到t2运行add：t2从内存读到当前x=1，走完完整自增流程，计算得到2并写回内存，此时全局x=2。随后t2执行cout逻辑，打印自己的线程名、当前内存中的x值2——这就是观测到的第一个输出值2。
3. 之前被挂起的t1被调度回来：因为t1的本地缓存没有收到x已经被修改成2的失效通知，直接把自己缓存中保存的旧自增值1写回内存，把已经是2的全局x覆盖回1。之后t1才进入cout环节，从内存读到现在的x=1，将这个值打印出来——这就是观测到的第二个输出值1。

整个过程没有任何程序错误，只是无同步的非原子变量在多线程下的正常竞态表现，只要存在数据竞争，所有理论上可能的时序组合都有概率被观测到。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Emulato 679