为什么i++在单个核心机器上不安全？

Question

可能重复：

Are incrementers / decrementers (var++, var--) etc thread safe?

您能为我描述一下，在汇编代码级别上，为什么从两个不同的线程中增量一个值在单个核心机器上不安全？

Answer 1

考虑可能为像i++这样的语句生成的指令。当然，这将取决于您的体系结构/指令集，但它可能与以下内容类似：

LOAD    @i, r0    ;load the value of 'i' into a register from memory
ADD     r0, 1     ;increment the value in the register
STORE   r0, @i    ;write the updated value back to memory

现在，考虑一下在操作系统中如何实现多线程，而不管机器有多少核心。在最基本的级别上，操作系统需要一些工具来中断当前线程的执行，保存它的状态，并执行上下文切换到另一个线程。操作系统无法自动知道用户线程中的哪些指令应该被视为原子操作，并且能够在任意两个指令之间启动上下文切换。

那么，如果操作系统在LOAD和ADD之间执行上下文从一个线程切换到另一个线程，会发生什么呢？假设i开始时值为0，所以在交换第一个线程时，r0将被设置为0。操作系统将将此值保存为该线程状态的一部分。现在，第二个线程运行，并执行相同的LOAD语句。内存中的值仍然是0，因此r0再次加载到其中。线程增加值并将其写回内存，将i的值设置为1。现在，第一个线程恢复执行，操作系统将r0的值恢复为0，作为上下文切换的一部分。第一个线程现在执行其增量，将r0设置为1，并且1的值再次存储在i中。现在i的值是不正确的，因为已经应用了两个增量，但是这个值只增加了1。

因此，简单地说，即使i++是一种高级语言中的单一语句，它也会生成多个汇编语言指令，除非在它们周围添加额外的同步逻辑，否则这些指令不会被操作系统/运行时环境视为原子指令。

Answer 2

i++有三个操作：

将寄存器register

• Increment

• 写回i

在这些操作之间，线程可能会被调度程序中断，以便不同的线程能够运行(并修改i)。

Answer 3

您的问题是标记汇编程序，但询问有关i++。您无法保证C代码中的i++将编译成一条更改内存的指令。如果您有多个线程使用一条指令从内存中加载i，用另一条指令递增它，然后用第三条指令将它写回内存，那么第一条和第三条之间的线程切换可能会导致i的一些更新丢失。