多线程数据竞争？一文搞定互斥锁与原子操作 （线程·伍）

1. 什么是数据竞争？

数据竞争（Data Race）发生在多个线程同时访问同一块内存区域，且至少有一个线程在写，而其他线程在读或写，并且没有采取任何同步措施。这种情况下，程序的行为是未定义的，可能导致数据损坏、程序崩溃等。

示例：假设两个线程同时对一个全局变量 counter 执行 counter++ 操作。这个操作不是原子的，它包含读、修改、写三步。如果两个线程交错执行，最终结果可能小于预期值。

2. 互斥锁：保护临界区

互斥锁（Mutex）是一种同步机制，确保同一时间只有一个线程能进入临界区（访问共享资源的代码段）。线程在进入临界区前必须加锁，离开时解锁。其他线程如果尝试加锁，会被阻塞直到锁可用。

    // 伪代码示例mutex_lock(&lock);counter++;  // 临界区mutex_unlock(&lock);  

使用互斥锁可以彻底避免数据竞争，但可能带来性能开销和死锁风险。

3. 原子操作：硬件级的保障

原子操作（Atomic Operation）是指不可中断的一个或一系列操作，由硬件直接支持，保证操作在执行过程中不会被其他线程干扰。例如，atomic_add(&counter, 1) 会保证加1操作是原子的。

    // 伪代码示例atomic_increment(&counter);  // 原子自增  

原子操作通常比互斥锁更轻量，适合简单的计数器、标志位等。但复杂操作仍需互斥锁。

4. 总结：如何选择？

对于简单的共享变量更新，优先考虑原子操作；对于复杂的临界区或多步操作，使用互斥锁。理解多线程数据竞争的本质，并合理运用互斥锁和原子操作，是编写线程安全代码的关键。

希望本文能帮助你掌握这些概念，在并发编程中游刃有余！