Linux进程竞争条件详解（小白也能看懂的并发编程陷阱与解决方案）

一个简单的竞争条件例子

下面是一个用C语言写的简单程序，演示了两个线程对同一个全局变量进行自增操作：

#include <stdio.h>#include <pthread.h>int counter = 0; // 共享变量void* increment(void* arg) {    for (int i = 0; i < 100000; i++) {        counter++; // 非原子操作！    }    return NULL;}int main() {    pthread_t t1, t2;    pthread_create(&t1, NULL, increment, NULL);    pthread_create(&t2, NULL, increment, NULL);    pthread_join(t1, NULL);    pthread_join(t2, NULL);    printf("Final counter value: %d\n", counter);    return 0;}  

理论上，两个线程各加10万次，最终结果应为200,000。但实际运行多次会发现结果常常小于这个值——这就是Linux进程竞争条件造成的！

为什么会出错？

counter++ 看起来是一条语句，但在CPU层面其实分三步：

1. 从内存读取 counter 的值到寄存器
2. 寄存器中的值加1
3. 把新值写回内存

如果两个线程在这三步之间交错执行，就会覆盖彼此的结果。例如：

• 线程A读取 counter=5
• 线程B也读取 counter=5
• 线程A加1后写回6
• 线程B加1后也写回6（而不是7）

这就丢失了一次自增操作。

如何解决竞争条件？

解决的关键是确保对共享资源的操作是原子的，或者使用同步机制保护临界区（Critical Section）——即访问共享资源的代码段。

方法一：使用互斥锁（Mutex）

互斥锁是最常用的同步工具。它确保同一时间只有一个线程能进入临界区。

#include <stdio.h>#include <pthread.h>int counter = 0;pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; // 定义互斥锁void* increment(void* arg) {    for (int i = 0; i < 100000; i++) {        pthread_mutex_lock(&lock);   // 加锁        counter++;        pthread_mutex_unlock(&lock); // 解锁    }    return NULL;}int main() {    pthread_t t1, t2;    pthread_create(&t1, NULL, increment, NULL);    pthread_create(&t2, NULL, increment, NULL);    pthread_join(t1, NULL);    pthread_join(t2, NULL);    printf("Final counter value: %d\n", counter); // 现在总是200000    return 0;}  

方法二：使用原子操作（Atomic Operations）

现代CPU支持原子指令（如__sync_fetch_and_add），可以直接完成“读-改-写”而不被中断：

// 替换 counter++ 为：__sync_fetch_and_add(&counter, 1);  

总结

Linux进程竞争条件是并发编程中最常见的陷阱之一。要避免它，必须理解共享资源的访问需要同步。常用的方法包括：

• 使用互斥锁保护临界区
• 使用原子操作
• 设计无共享状态的程序结构（如消息传递）

记住：只要多个执行流（进程或线程）访问同一个可变共享资源，就必须考虑同步问题。否则，你的程序可能在测试时正常，上线后却神秘崩溃——这正是多线程同步的重要性所在。

希望这篇教程能帮你理解并解决临界区保护的问题。掌握这些知识，你就能写出更健壮、可靠的Linux并发程序！