面试题：C++中assert()函数在多线程环境下的应用问题

Question

在一个多线程的C++程序中使用`assert()`函数来检查某个共享资源的状态。假设共享资源是一个全局变量`int sharedVariable`，在一个线程中对其进行修改，另一个线程中使用`assert()`检查它是否符合特定条件（比如大于0）。请描述在这种场景下可能出现的问题以及如何避免。

Answer 1

可能出现的问题

1. 竞态条件：由于sharedVariable是共享资源，一个线程修改它，另一个线程检查它，在修改和检查之间可能存在时间窗口，导致检查结果不准确。例如，修改线程刚把sharedVariable设为大于0，在检查线程执行assert前，另一个修改线程又把它设为小于0 ，这样assert可能会误判。
2. 死锁：如果为了保护sharedVariable使用互斥锁等同步机制，在使用不当的情况下，比如两个线程相互等待对方释放锁，就可能导致死锁。

避免方法

1. 使用同步机制：
   • 互斥锁：在修改和检查sharedVariable时都加锁，确保同一时间只有一个线程能访问它。示例代码如下：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <mutex>
std::mutex mtx;
int sharedVariable = 0;
void modifyThread() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    sharedVariable = 1;
}
void checkThread() {
    std::lock_guard<std::mutex> lock(mtx);
    assert(sharedVariable > 0);
}
int main() {
    std::thread t1(modifyThread);
    std::thread t2(checkThread);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}

- **条件变量**：当`sharedVariable`满足条件时，通过条件变量通知检查线程，避免无效的`assert`检查。

2. 原子操作：如果sharedVariable的操作简单，使用原子类型std::atomic<int>，它提供了原子操作，无需使用锁就能保证操作的原子性，避免竞态条件。示例代码如下：

#include <iostream>
#include <thread>
#include <atomic>
std::atomic<int> sharedVariable(0);
void modifyThread() {
    sharedVariable = 1;
}
void checkThread() {
    assert(sharedVariable.load() > 0);
}
int main() {
    std::thread t1(modifyThread);
    std::thread t2(checkThread);
    t1.join();
    t2.join();
    return 0;
}