为什么读取操作不是线程安全的？

Question

我在思考为什么从内存读取数据不是线程安全的。根据我所见，例如这个问题，从内存中读取数据似乎并不是线程安全的。

我已经使用Python编程了一段时间，现在开始学习C++。我从未听说过在Python中读取数据不是线程安全的。

如果我误解了，请纠正我，如果没有，请告诉我为什么从内存中读取数据不是线程安全的。

- Niklas R

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我建议阅读http://en.wikipedia.org/wiki/Readers-writers_problem。 - Digital Da

请注意，本问题的答案不适用于Java。Java是一种不同的语言，在Java中从变量读取不一定是线程安全的...即使没有其他内容在写入它。有些东西可以保证它是线程安全的（volatile、synchronize等），但默认情况下不是线程安全的，根据JLS的规定。（有些人正在使用这个Q&A来证明关于Java的不正确陈述...） - Stephen C

Answer 1

读取数据是线程安全的，没有问题......直到有些东西写入你正在读取的位置，然后......希望你在数据被更改之前或之后进行了读取（在这些情况下，没有问题），但有时候，就在你真的不想它发生的时候，你会读到写操作的一半，然后得到完全错误的数据。

缓解这种问题的方法是确保你只在写入之前或之后进行读取，这需要你检查是否正在进行写入，并使用某种同步锁。然而，这会使事情变慢，因为你显然要检查锁定，然后才能读取，而不是直接读取。如果你正在使用基本数据类型（例如int），那么你可以使用CPU同步来大大加速这个过程。

对于Python来说，很可能语言运行时已经为你同步了Python数据，如果没有，那么迟早会遇到相同的线程读取问题。（快速谷歌搜索表明，如果你不小心，Python也会出现相同的问题。）

- gbjbaanb

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嗨@bjbaanb，如果没有同步，同时由2个不同的线程更新1个变量，会发生什么？我知道这可能不是正确的问题，但它有一些关系。提前致谢。 - user19481364

@Daniel 通常情况下，最后一个写入的线程会覆盖之前的所有内容。但是，不能保证您将在另一个线程之后编写所有内容，您可能会得到每个作者数据的一半和一半。即仍然会出现损坏的情况。这取决于数据的大小，一个字节可能完全隔离，而2-64位字guid可能不会，像字符串这样的较大数据结构几乎肯定会出现故障。这就是（其中之一的原因）为什么读写锁始终专门用于写入，但允许多个读取器的原因。 - gbjbaanb

谢谢，@gbjbaanb。所以，当至少有一个线程（可能是多个线程中的一个）更新了某些将要被读取的内容时，总是建议使用锁定，对吗？这样做主要是为了避免不一致性。 - user19481364

@Daniel 为什么不直接提出一个新问题呢？ - gbjbaanb

Answer 2

如果多个线程正在读取相同的位置，只要没有人试图在那里写入，它就是线程安全的。

考虑一下如果线程A正在读取某些东西，同时线程B正在写入正在被读取的内存。这将产生“竞态条件”。读取结果可能会变得无效或每次启动时都不同。

- Andrew

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嗨，@Andrew，这适用于任何编程语言吗？例如Python？ - user19481364

Answer 3

从内存中读取数据是线程安全的，但是从同时可能被写入的内存中读取数据是不安全的。

在Python中，这个问题不太严重，因为许多对象都是不可变的，因此在这些情况下只有引用被修改，而不是内存本身。

- Giel

Answer 4

同时阅读相同的内容是安全的。问题在于当有东西同时写入时。

考虑以下代码：

int arr_len = 3;
int* arr = new int[arr_len];

void thread_1()
{
    std::cout << arr[arr_len-1];
}

void thread_2(int new_len)
{
    int* temp = new int[new_len];
    for(int i = 0; i < arr_len && i < new_len; ++i)
        temp[i] = arr[i];
    arr_len = new_len;
    delete arr;
    arr = temp;
}

假设arr[arr_len]是按顺序执行的（首先读取arr_len，然后是arr）。

当两个线程交替运行时会发生什么？ 有三种可能：

• 没有问题-你很幸运！
• arr_len大于arr - UB :(
• arr无效（已删除）- UB :(

- Ivan Rubinson