语句x += 1在任何版本的Python中都不是线程安全的。事实上，你在Python 2中看到了竞争条件的结果，而在Python 3中没有看到，这主要是一个巧合（这可能与GIL在线程之间切换时的优化有关，但我不知道细节）。在Python 3中也可能得到错误的结果。
原因是+=操作符不是原子的。它需要几个字节码来运行，GIL只保证在任何一个字节码运行时防止线程之间的切换。让我们来看看foo函数的反汇编，看看它是如何工作的（这是从Python 3.7开始的，在Python 2.7中，字节码中的地址是不同的，但所有的操作都是相同的）：

>>> dis.dis(foo)
  3           0 SETUP_LOOP              24 (to 26)
              2 LOAD_GLOBAL              0 (range)
              4 LOAD_CONST               1 (100000000)
              6 CALL_FUNCTION            1
              8 GET_ITER
        >>   10 FOR_ITER                12 (to 24)
             12 STORE_FAST               0 (i)

  4          14 LOAD_GLOBAL              1 (x)
             16 LOAD_CONST               2 (1)
             18 INPLACE_ADD
             20 STORE_GLOBAL             1 (x)
             22 JUMP_ABSOLUTE           10
        >>   24 POP_BLOCK
        >>   26 LOAD_CONST               0 (None)
             28 RETURN_VALUE

我们关心的是字节码位置为14-20的四行。前两个函数加载加法的参数。第三个执行INPLACE_ADD操作。加法的结果被放回堆栈，因为不是所有类型的对象都可以就地更新（整数不能，所以在这里是必要的）。最后一个字节码将总和存储回原始名称。
如果解释器选择在我们在字节码14中加载x和在字节码20中再次存储新值之间切换哪个线程持有GIL，我们可能会得到一个不正确的结果，因为当我们再次获得GIL时，我们之前加载的值可能不再有效。
正如我上面提到的，在Python 3中得到0的事实只是一个实现细节的结果，解释器在测试时选择不在字节码的关键部分切换。如果您在另一种情况下再次运行该程序，并不能保证它不会选择不同的方法（例如：在重CPU负载下），或者在不同的解释器版本中（例如，3.7而不是3.6，或者其他什么）。
如果你想要真实的的线程安全，那么你应该使用实际的锁，而不是仅仅依赖于GIL。GIL只确保解释器的内部状态保持正常。它不能保证你的代码的每一行都是原子的。