多线程对全局字符串变量append造成的问题

最近在项目中使用多线程处理接收数据，运行时开始提示“数组越界”，之后有提示“内存访问冲突”，“堆损坏”。通过分析发现是多个线程同时对一个全局String变量调用append方法造成的。下面详细说一下这个问题的原因。

首先用下面简单的伪代码说明函数库中用到的String类，为了简单起见，只写出了String的关键部分，省去了原函数库中的工具函数和边界检测。

class String
{
 public:
  String& String::append(const String& s);
 private:
 char* d;
 int size; //字符串d的长度
 int alloc; //d指向空间的总大小(大于等于size)
};
String& String::append(const String& s)
{
  if(this->d==NULL){
   *this=s;
  }
  else {
   if( (this->size+s.size)>this->alloc)
   {
    char* temp=this->d;
    realloc(this->d,this->size+s.size);
    memcpy(this->d,temp,this->size);
   }
   memcpy(this->d+this->size,s.d,s.size);
   this->size+=s.size;
   this->d[this->size]='\0';
 }
return *this;
}
String str; //全局变量
void* fun(void*)//多个线程函数
{
  String s=receive();//从套接字接收数据并存放在s中
  str.append();//将s添加到str的结尾
}

当同时有多个线程执行可能会造成错误。首先要说的是造成错误的原因并不是append中的realloc函数，当使用多线程时会连接多线程库，而多线程库的realloc是线程安全的(内部通过加锁保证互斥).

下面分析一下造成错误的原因：

(1) 假设当前str的size为5，alloc为10；

(2) 线程1执行append，s的size为3；线程2执行append，s的size为4；

(3) 线程1执行到第16行： if( (this->size+s.size)>this->alloc)，条件测试失败(因为3+5<10)，此时切换到线程2执行；

(4) 线程2也执行到第16行： if( (this->size+s.size)>this->alloc)，条件测试失败(因为4+5<10)，然后直接向后执行memcpy(this->d+this->size,s.d,s.size);

此时size=4+5=9;

(5) 线程1向后执行memcpy(this->d+this->size,s.d,s.size)，此时size=9+3=12，由于size已经大于alloc，所以数组越界造成内存错误。

    其实避免这种问题的方法很简单，当多个线程访问全局变量时加锁同步就可以解决。但是我觉得还是有必要知道为什么要加锁，不加锁会造成哪些问题。