此示例是否包含数据竞争？

Question

这是原始问题，但我的问题与它有一些不同。 C++ memory model - does this example contain a data race?

我的问题：

//CODE-1: initially, x == 0 and y == 0
if (x) y++; // pthread 1
if (y) x++; // pthread 2

注意：上面的代码是用 C 编写的，而不是 C++（没有内存模型）。那么它是否包含数据竞争？

在我看来：如果我们在顺序一致性内存模型中查看代码，则不会存在数据竞争，因为 x 和 y 永远不会同时为非零。但是，我们永远不能假设一个顺序一致性内存模型，因此编译器重新排序可以对线程内正确性进行转换，因为编译器不知道线程的存在......。对吗？

所以代码可以转换为：

//CODE-2
y++; if (!x) y--;
x++; if (!y) x--;

上面的转换并没有违反顺序正确性所以是正确的。这不是编译器的错，对吧？所以我同意 CODE-1 包含数据竞争的观点。你呢？

我有一个额外的问题，带有内存模型的 C++11 可以解决这种数据竞争，因为编译器知道线程，所以他们会根据内存模型类型重新排序，对吧？

Answer 1

C++ 标准将数据竞争（触发未定义行为）定义为：

§ 1.10.1-2 [intro.races]
如果其中一个修改了内存位置 (..) 而另一个读取或修改了相同的内存位置，则两个表达式求值会发生冲突。

根据 C++ 内存模型规则，您的第一个代码片段不包含数据竞争，因为 C++ 标准禁止编译器转换会引入这种竞争：

§ 1.10.1-21 [intro.races]
本国际标准通常排除将分配引入抽象机不会修改的潜在共享内存位置的编译器转换，因为在抽象机执行不会执行的情况下，这样的分配可能会覆盖不同线程的另一个分配遇到了数据竞争。

所以它表示如果 if 语句 (x) 中的条件为 false，则不允许任何会修改 y 的转换，即使最终结果是 y 似乎未修改。

第二个示例显然包含数据竞争，因为 2 个线程可以同时写入和读取 x（同样适用于 y）。

请注意，C++ 和 C 从版本 11 开始都有内存模型。如果您使用不支持 C11 的编译器，则未正式定义多线程行为。

这是一个question，它显示了一个非法编译器转换的示例。

Answer 2

//CODE-1：最初，x == 0 和 y == 0
如果 (x) y++; // pthread 1
如果 (y) x++; // pthread 2

没有未定义的行为，因为 x 和 y 都不会改变它们的值。
但是，仍然存在竞争条件，因为在一个线程中的读取访问和另一个线程中的写入访问之间没有定义的顺序。

//CODE-2
是++；如果 (!x) y--; // pthread 1
x++;如果 (!y) x--; // pthread 2

现在你有一个数据竞争和未定义的行为，因为线程 1 中的 y++ 和线程 2 中的 if(!y) 之间没有序列，反之亦然。所以 y 的可能结果是：

• y = 0
  线程 1 在线程 2 之后运行。所以 x 仍然是 0。
• y = 1
  线程 1 与线程 2 并行运行，看到对 x 的更改，反之则不然。所以 y 没有递减。

这与内存模型无关。这只是在任何不同步的情况下进行的比赛。