推理包含数据竞争的程序

Question

这个问题是我上一个问题的延续，我的理解是“ A data race is a property of an execution, not of the program in the abstract”，这意味着只要 2 个线程不访问共享变量（至少有一个是写访问），实际上而不仅仅是理论上，那么程序的行为将得到很好的定义。

根据上述理解，我想讨论以下方案：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <unistd.h>

constexpr int sleepTime = 10;

void func(int* ptr) {
    sleep(sleepTime);
    std::cout<<"going to delete ptr: "<<(uintptr_t)ptr<<"\n";
    delete ptr;
    std::cout<<"ptr has been deleted\n";
}

int main() {

    int* l_ptr = new int(5);

    std::thread t(func, l_ptr);

    t.detach();


    std::cout<<"We have passed ptr: "<<(uintptr_t)l_ptr<<" to thread for deletion. Val at ptr: "<<*l_ptr<<"\n";

    std::cin.get();

}

上面的程序包含数据竞争，当且仅当“主线程”和“子线程”碰巧同时访问共享变量时。

然而，至少可以合理地说，在使用多核 CPU时，这种情况在现实中极不可能发生。

Answer 1

上面的程序包含一个数据竞争，句号。

两个线程上对同一对象的访问彼此不排序。这不是“同时”的问题。

该标准定义了一个关系Happens-Before，它只与事情发生时的挂钟时间几乎没有关系。

未定义的行为并不意味着“观察到发生了不好的事情”。这意味着您无法根据 C++ 规则推断您观察到的情况。

Answer 2

我的理解是“数据竞争是执行的一个属性，而不是抽象的程序的属性”，这意味着只要 2 个线程不访问共享变量（至少有一个是写访问），实际上而不仅仅是理论上，那么程序的行为将得到很好的定义。

你的理解是正确的。您对这种理解的应用不是：

上面的程序包含数据竞争，当且仅当“主线程”和“子线程”碰巧同时访问共享变量时。

数据竞争不是关于“同时访问共享变量”。它们是在没有适当同步的情况下访问内存，因此两次访问之间不存在“发生之前”关系。

在其他线程中删除指针和在主线程中使用它之间不存在这种关系。因此，这段代码存在数据竞争。该数据竞争是其执行的一个属性，并且该执行具有数据竞争，因为该执行不包含任何会阻止数据竞争发生的内容。它有两种访问，其中一种是写入，它们之间没有发生之前的顺序。

因此，存在数据竞争。

条件数据竞争看起来像这样：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <unistd.h>
#include <atomic>

std::atomic<bool> flag = false;

constexpr int sleepTime = 10;

void func(int* ptr) {
    sleep(sleepTime);
    std::cout<<"going to delete ptr: "<<(uintptr_t)ptr<<"\n";
    delete ptr;
    flag = true;
    flag.notify_all();
    std::cout<<"ptr has been deleted\n";
}

int main() {

    int* l_ptr = new int(5);

    std::thread t(func, l_ptr);

    t.detach();

    int i = 0;
    std::cin >> i;
    if(i == 5)
    {
        test.wait(false);
    }

    std::cout<<"We have passed ptr: "<<(uintptr_t)l_ptr<<" to thread for deletion. Val at ptr: "<<*l_ptr<<"\n";

    std::cin.get();

}

这将执行正确的同步，创建先发生关系，但仅当用户输入值“5”时才会执行此操作。如果他们输入其他内容，就会出现数据竞争。