【c++代码线程安全判断思路】

什么是线程安全

线程安全：指的是一个程序、函数或者代码段在多个线程并发执行时，不会引发竞态条件、数据损坏或其他不可预期的行为。简而言之，线程安全的代码能够在多线程环境下正确运行而无需额外的同步措施。
竞态条件（Race Condition）：当两个或多个线程可以访问共享数据并同时更改它时，就会发生竞态条件条件。
从竞态条件的概念来看，有两个很重要的点 1 访问共享数据，2 更改
那线程的共享数据有哪些呢？下图分类了线程的私有和共享的数据


从图中可以看出，线程访问的共享数据，包含了全局变量，堆上变量，静态变量，打开的文件，以及代码。
依据第二个条件更改，可以排除掉共享数据中的代码，因为进程的代码段都是只读的，不会被更改。

如何快速判断一段代码是否是线程安全的呢

从线程安全的概念来说，

1. 检查共享数据
   （1）全局变量和静态变量：这些变量是共享的，如果多个线程同时访问或修改它们，可能会导致竞态条件。
   （2）类的成员变量：如果类的实例被多个线程共享，成员变量可能会被并发访问。
   （3）堆内存：动态分配的内存（如通过 new 或 malloc 分配的内存）如果被多个线程共享，也需要同步。
2. 检查同步机制
   （1）互斥锁（std::mutex）：检查是否使用了 std::mutex 或其他锁机制（如 std::lock_guard、std::unique_lock）来保护共享资源。
   （2）原子操作（std::atomic）：检查是否使用了 std::atomic 来确保对共享变量的操作是原子的。
   （3）条件变量（std::condition_variable）：检查是否正确地使用了条件变量来实现线程间的同步。
3. 检查不可变性
   （1）不可变对象：如果对象的状态在创建后不会被修改，则它是线程安全的。
   （2）常量成员函数：检查类的成员函数是否被标记为 const，这表示它们不会修改对象的状态。
   （3）const成员函数并不完全就是线程安全，const是代码跟编译器的约定，const 成员函数承诺不会修改对象的非 mutable 成员变量，但如果有 mutable 成员变量，它们仍然可以被修改。

class Counter {
public:
    int getCount() const {
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx); // 需要同步
        return count++;
    }
private:
    mutable int count = 0; // mutable 变量
    mutable std::mutex mtx; // mutable 锁
};

如果没有锁，通过getCount函数访问对象就不是线程安全的。
4. 使用分析工具
（1）Clang Thread Safety Analysis：Clang 提供了线程安全分析工具，可以帮助检测潜在的线程安全问题。
（2）Cppcheck：Cppcheck 是一个静态分析工具，可以检测一些常见的线程安全问题。
（3）Valgrind（Helgrind）：Valgrind 的 Helgrind 工具可以检测竞态条件和死锁。

参考

线程私有与共享资源
c++如何编写线程安全代码