揭开并发中的幕后黑手：线程切换引发的原子性危机

2024-01-19 21:53:03

线程切换：原子性的隐形杀手

并发性：一把双刃剑

在计算机科学领域，并发性是一项强大的工具，它赋予程序同时执行多个任务的能力，从而提升效率。然而，它也带来了一项棘手的挑战：原子性 。原子性是指一个操作或一系列操作必须作为一个不可分割的整体执行，要么完全成功，要么完全失败，中间不允许被中断。

线程切换：隐秘的博弈

当并发性遇上原子性，一场隐秘的博弈便悄然拉开序幕。幕后黑手正是线程切换 。线程扮演着至关重要的角色，它们就像一群勤奋的工蚁，协同完成任务。但线程切换就像一把悬在并发性头顶的达摩克利斯之剑，随时可能打破原子性。当多个线程同时争用共享资源时，线程切换可能会在操作执行过程中发生，导致操作被中断。这种中断不仅会影响操作的结果，更可能引发难以捉摸的错误。

真实写照：原子性危机的实例

为了更直观地理解线程切换引发的原子性危机，让我们以一个简单的代码示例为例：

int balance = 100;

void withdraw(int amount) {
  if (balance >= amount) {
    balance -= amount;
  }
}

在这个代码中，withdraw 函数负责从 balance 变量中扣除指定金额。想象一下，有两个线程同时调用 withdraw 函数，一个线程试图扣除 50 元，另一个线程试图扣除 75 元。由于并发性，这两个线程可能会交替执行，导致以下情形：

线程 A 执行 if 语句，检查余额是否大于或等于 50 元。
线程切换发生，线程 B 开始执行，检查余额是否大于或等于 75 元。此时，balance 仍为 100 元。
线程 B 继续执行，从 balance 中扣除 75 元。balance 变成 25 元。
线程切换再次发生，线程 A 继续执行，从 balance 中扣除 50 元。由于 balance 此时仅为 25 元，操作失败，withdraw 函数返回 false。