C語言多執行緒併發陷阱：全域變數非原子累加導致資料競爭

問題現場

100 執行緒各對全域 g_iTestInteger 執行 ++，主執行緒列印結果。預期 100，實際輸出 98~99 不定，且多次執行結果不同。

根因分析：++ 非原子操作

g_iTestInteger++ 編譯為三條指令：

1. LOAD 從記憶體讀取值到暫存器。
2. INC 暫存器加 1。
3. STORE 寫回記憶體。

兩執行緒同時 LOAD 同一值 (如 5)，各自 INC 為 6，先後 STORE 6，導致少算 1。此為資料競爭。

驗證：加入列印觀察執行順序

執行緒內列印計數值，發現序號亂序、主執行緒列印時仍有子執行緒在跑 (輸出 98 後仍出現 99, 100, 74...)。

解決方案對比

標準修正：pthread_join 版

#include 
#define THREAD_NUM 100
uint32_t g_iTestInteger = 0;

void *ProcessTask(void *arg) {
    // 方案 A: 互斥鎖 (需全域 mutex 初始化)
    // pthread_mutex_lock(&mutex);
    // g_iTestInteger++;
    // pthread_mutex_unlock(&mutex);
    
    // 方案 B: 原子操作 (GCC/Clang 內建)
    __sync_fetch_and_add(&g_iTestInteger, 1);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t tids[THREAD_NUM];
    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
        pthread_create(&tids[i], NULL, ProcessTask, NULL);
    
    for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
        pthread_join(tids[i], NULL); // 等待所有結束
    
    printf("In main, TestInteger = %u\n", g_iTestInteger); // 穩定輸出 100
    return 0;
}

核心結論

1. 多執行緒共享寫入變數必須同步 (鎖/原子/無鎖資料結構)。
2. pthread_join 是等待執行緒結束的正規手段，sleep 是反模式。
3. 若操作高度耦合 (如單一計數器)，單執行緒循環往往比多執行緒+鎖更快、更簡單。