線程不能指望，給人錯誤的結果

Question

我寫這段代碼

#include <stdio.h>  /* Input/Output */ 
#include <stdlib.h>  /* General Utilities */ 
#include <pthread.h> /* POSIX Threads */ 
unsigned int cnt=0; /*Count variable%*/ 
const int NITERS=1000; 
void count() 
{ 
    int i=0; 
    for(i=0; i<NITERS; i++) 
    { 
     cnt++; 
    } 
    pthread_exit(0); 
} 
int main() 
{ 
    pthread_t tid1,tid2; 
    /* create threads 1 and 2 */ 
    pthread_create(&tid1,NULL,count,NULL); 
    pthread_create(&tid2,NULL,count,NULL); 
    /* Main block now waits for both threads to terminate, before it exits 
     If main block exits, both threads exit, even if the threads have not 
     finished their work */ 
    pthread_join(tid1,NULL); 
    pthread_join(tid2,NULL); 
    if(cnt!=(unsigned)NITERS*2) 
    { 
     printf("BOOM! cnt=%d, it should be %d\n",cnt,NITERS*2); 
    } 
    else 
    { 
     printf("OK! cnt=%d\n",cnt); 
    } 
    exit(0); 
} 

，並表現出這樣的結果。

有些時候它會變成2000，但大多數時候它會給出的結果少於2000.你能解釋一下爲什麼會發生這種情況或背後的原因是什麼？如何解決它。你的答案和理由肯定會有很大的幫助。

Answer 1

unsigned int cnt=0;是可共享的線程和操作++不是自動增加cnt。兩個線程可能會讀取相同的值cnt並增加，並覆蓋cnt。您需要應用一些像信號量或互斥體這樣的併發控制機制。

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如果將使用下面的命令（假設代號爲thread1.c）

~$ gcc thread.c -lpthread -S 

輸出組件代號爲thread1.s拆卸代碼。

你WIL找到cnt++是在代碼水平低不止一個指令：

movl $0, -12(%ebp) 
    jmp .L2 
.L3: 
    movl cnt, %eax 
    addl $1, %eax 
    movl %eax, cnt 
    addl $1, -12(%ebp) 
.L2: 
    movl NITERS, %eax 

（1）cnt拳頭舉到%eax
（2）再加入一到%exc
（3）將%eax轉換爲cnt返回

並且由於此行之間的線程上下文切換，相同的值cnt被多個線程。因此cnt++不是原子的。

注：全局變量是線程共享像cnt和局部變量一樣i您在count()聲明是線程特定的。

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我修改了你的代碼並使用信號量強加併發控制，現在它可以正常工作。

只有修改後的代碼所示

#include <pthread.h> /* POSIX Threads */ 
#include <semaphore.h> 
unsigned int cnt=0; /*Count variable%*/ 
const int NITERS=1000; 

sem_t mysem; 

void count() 
{ 
    int i=0; 
    for(i=0; i<NITERS; i++) 
    { 
     sem_wait(&mysem); 
     cnt++; 
     sem_post(&mysem); 
    } 
    pthread_exit(0); 
} 
int main() 
{ 
    if (sem_init(&mysem,0,1)) { 
    perror("init"); 
    } 
    // rest of your code 
} 

這將工作好！一些例子：

nms@NMS:~$ ./thread 
OK! cnt=2000 
nms@NMS:~$ ./thread 
OK! cnt=2000 
nms@NMS:~$ ./thread 
OK! cnt=2000 

Answer 2

遞增運算符通常通過讀 - 修改 - 寫，這是非原子實現。

跨線程非原子讀 - 修改 - 寫有時可以做到這一點：

Thread 1: Thread 2:  count 
Read count ...   1 
Add 1  Read count 1 
Write count Add 1   2 
...   Write count 2 

在計數導致可能低於預期。

如果您將訪問跨多個線程的共享資源，則需要使用某種線程感知鎖定機制（如互斥鎖）來保護它。

Answer 3

您的2個線程訪問未經保護的共享資源，因此競爭條件適用。增加操作不是原子操作，所以實際上你可以在機器操作方面是這樣的：

Thread 1     Thread 2 
Load value of cnt   
          Load value of cnt 
Increase value of cnt  
Write value of cnt   Increase value of cnt 
          Write value of cnt 

注意的是，儘管這兩個線程都增加了cnt，它實際上只有1 如果增加你希望結果是確定性的，你需要保護共享資源（cnt），例如通過在訪問之前鎖定它。

Answer 4

你有一個競爭條件problem.More信息（我知道它談論視覺基本，只是跳過這些東西）here。
爲了解決這個問題，你需要一個互斥體，其聲明爲全局變量：

pthread_mutex_t mux; 

初始化：

pthread_mutex_init(&mux,NULL); 

然後用它來讀取共享變量：

void count() 
{ 
    int i=0; 
    for(i=0; i<NITERS; i++) 
    { 
     pthread_mutex_lock(&mux); 
     cnt++; 
     pthread_mutex_unlock(&mux); 
    } 
    pthread_exit(0); 
} 

所有這是因爲有兩個線程遞增相同的變量，他們在遞增它之前取出變量並將它們放入寄存器中。所以他們認爲他們正在讀取的並不是唯一的：每個線程都有自己的副本，因此每個線程都可以忽略另一個線程的更改，直到他們有效地將其寫入內存中的地址爲止。
NB如果您希望線程以有序的方式更新變量（即：線程1在沒有被中斷的情況下計數到NITERS，當線程2開始計數時），您必須在for之前鎖定該互斥量。