面试题：C++中静态函数线程安全问题基础分析

Question

在C++中，假设有一个类A，类中有一个静态函数func，其内部使用了一个静态局部变量，如下代码所示： ```cpp class A { public: static void func() { static int localVar = 0; localVar++; std::cout << localVar << std::endl; } }; ``` 当多个线程同时调用func函数时，可能会出现什么线程安全问题？如何解决这个问题？

Answer 1

1. 可能出现的线程安全问题：
   • 由于多个线程同时调用func函数，而localVar是静态局部变量，多个线程会同时对其进行自增操作。自增操作localVar++不是原子操作，它实际上包含读取localVar的值、增加该值、再将新值写回localVar三个步骤。在多线程环境下，可能会出现一个线程读取了localVar的值，还没来得及增加并写回时，另一个线程也读取了相同的值，导致最终增加的值比预期少，这就是数据竞争问题，会导致程序出现不可预测的结果。
2. 解决方法：
   • 使用互斥锁（std::mutex）： 在func函数中使用std::mutex来保护对localVar的操作。修改后的代码如下：

#include <iostream>
#include <mutex>

class A {
public:
    static void func() {
        static int localVar = 0;
        static std::mutex mtx;
        std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
        localVar++;
        std::cout << localVar << std::endl;
    }
};

这里使用std::lock_guard在进入func函数时自动锁定mtx，在函数结束时自动解锁，确保在同一时间只有一个线程能够访问和修改localVar。

• 使用原子变量（std::atomic）： 将localVar声明为std::atomic<int>类型，std::atomic类型的操作是原子的，不需要额外的锁机制。修改后的代码如下：

#include <iostream>
#include <atomic>

class A {
public:
    static void func() {
        static std::atomic<int> localVar(0);
        localVar++;
        std::cout << localVar << std::endl;
    }
};

std::atomic<int>的自增操作是原子的，所以不会出现数据竞争问题。