线程、竞态与锁 · 操作系统

为什么需要它

直觉理解

定义

竞态条件

A bug where the result depends on the timing of threads: which one runs which step first.

结果取决于线程时机的 bug：哪个线程先执行哪一步。

锁（互斥锁）

Only one thread can hold it at a time. Code between acquire and release runs without interference from other threads that use the same lock.

同一时刻只有一个线程能持有它。在获取和释放之间的代码，不会被使用同一把锁的其他线程干扰。

示例

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count = 5
regs = {}

def step(thread, op):
    global count
    if op == "read":
        regs[thread] = count
    elif op == "add":
        regs[thread] += 1
    else:
        count = regs[thread]
    print(thread, op, "count =", count)

for thread, op in [("A", "read"), ("B", "read"), ("A", "add"), ("B", "add"), ("A", "write"), ("B", "write")]:
    step(thread, op)

常见错误

小测验

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count = 0
for thread in ["A", "B"]:
    r = count
    r += 1
    count = r
print(count)

动手练习

3 道练习，分三层：先预测程序的输出，再按新需求改程序，最后从零写一个。代码在浏览器里运行，提交马上判题。

1. 预测输出数一数丢了几次

   准确写出这段程序的输出。

2. 改需求加上锁

   run(schedule) 回放各线程的步骤，每个线程都对共享计数器做 read, add, write。加上锁：只有当没有别的线程持有锁时，线程才能 read；它在 read 时拿锁，在 write 时放锁。某一步不能执行时，跳过并记下来，每次 write 之后再重试等待中的步骤。返回最终的计数。

3. 从零写可能出错吗？

   写函数 lost_updates(schedule)：在一个从 0 开始的计数器上，回放由 "T read"、"T add"、"T write" 组成的步骤（不加锁），返回丢失了多少次加一：（写入次数）−（最终计数）。

本课术语