Linux C/C++ 并发下的计数（技术）方案（互斥锁、自旋锁、原子操作）

最新推荐文章于 2025-04-11 11:40:11 发布

别，爱℡

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分类专栏： c Linux 文章标签： linux c语言操作系统

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前言
一、为什么要使用锁？
二、解决方法（互斥锁、自旋锁、原子操作）
总结
参考资料

前言

线程：是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流，一个进程中可以并发多个线程，每条线程并行执行不同的任务。在Unix System V及SunOS中也被称为轻量进程，但轻量进程更多指内核线程，而把用户线程称为线程。

一、为什么要使用锁？

下面是一个主线程count计数的方案，分别通过它的10个子线程进行count的自增。

mkdir LOCK	//创建LOCK文件夹

cd LOCK		//转到LOCK目录下

touch Lock.c	//创建Lock.c文件

gcc -o lock Lock.c -lpthread//编译的时候需要用pthread动态库

然后这里是Lock.c的代码

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>

#define THREAD_COUNT   10


void* thread_callback(void* arg) {

	int* pcount = (int*)arg;
	int i = 0;
	while (i++ < 1000000) {
		(*pcount)++;
		usleep(1);
	}

}




int main() {

	pthread_t threadid[THREAD_COUNT] = { 0 };
	int i = 0;
	int count = 0;
	for (i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
		pthread_create(&threadid[i], NULL, thread_callback, &count);//创建线程（线程id，线程属性，线程入口函数，主线程往子线程传的参数）
	}

	for (i = 0; i < 100; i++) {
		printf("count: %d\n", count);
		sleep(1);
	}

	
	getchar();
}

因为电脑配置不同，所以CPU的处理不同。
如果每个子线程使count自增10万次
最后count值可能等于100万（或者小于100w），
由于我的电脑每个子线程使count自增100万次，才会小于1000万，所以我以每个子线程自增100万次作为演示。
在这里插入图片描述
在这里可以发现，明明count应该达到1000万才对，但是由于操作系统进程的切换导致count++这条语句出现了问题。

这是count++转化为汇编的语句，分为三条，在正常情况下，线程一执行完这三条语句再执行线程二.
在这里插入图片描述
但是异常的情况下，线程一可能三条语句执行不完，就会进行线程二的执行。
导致的结果就是明明应该使count自增2次，但实践上只自增了1次，这样的结果就会导致1000万条数据有所衰减。

在这里插入图片描述
所以为了避免这种情况的出现，我们可以使用，互斥锁、自旋锁、原子操作等方法解决这个问题。

二、解决方法（互斥锁、自旋锁、原子操作）

1.互斥锁

代码如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>

#define THREAD_COUNT   10

pthread_mutex_t mutex;//添加一个互斥锁

void* thread_callback(void* arg) {

	int* pcount = (int*)arg;
	int i = 0;

	while (i++ < 1000000) {
#if 0


#else
		pthread_mutex_lock(&mutex);//线程调用函数让互斥锁上锁
		(*pcount)++;
		pthread_mutex_unlock(&mutex);//解除互斥锁的锁定
#endif
		usleep(1);
	}

}


int main() {

	pthread_t threadid[THREAD_COUNT] = { 0 };

	pthread_mutex_init(&mutex, NULL);//线程初始化

	int i = 0;
	int count = 0;
	for (i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
		pthread_create(&threadid[i], NULL, thread_callback, &count);//创建线程（线程id，线程属性，线程入口函数，主线程往子线程传的参数）
	}
	
	for (i = 0; i < 100; i++) {
		printf("count: %d\n", count);
		sleep(1);
	}

	getchar();
}

2.自旋锁

代码如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>

#define THREAD_COUNT   10


pthread_spinlock_t spinlock;//添加一个自旋锁


void* thread_callback(void* arg) {

	int* pcount = (int*)arg;
	int i = 0;

	while (i++ < 1000000) {
#if 0


#else
		pthread_spin_lock(&spinlock);//线程调用函数
		(*pcount)++;
		pthread_spin_unlock(&spinlock);
		
#endif

		usleep(1);
	}

	
}


int main() {

	pthread_t threadid[THREAD_COUNT] = { 0 };

	pthread_spin_init(&spinlock, PTHREAD_PROCESS_SHARED);

	int i = 0;
	int count = 0;
	for (i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
		pthread_create(&threadid[i], NULL, thread_callback, &count);//创建线程（线程id，线程属性，线程入口函数，主线程往子线程传的参数）
	}

	for (i = 0; i < 100; i++) {
		printf("count: %d\n", count);
		sleep(1);
	}

	
	getchar();
}

3.原子操作

代码如下（示例）：

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>

#define THREAD_COUNT   10

int inc(int* value, int add) {

	int old;

	__asm__ volatile(		//汇编语句
		"lock; xaddl %2,%1;"	//使 %1的结果为%2+%1
		: "=a" (old)
		: "m" (*value), "a"(add)
		: "cc", "memory"
	);

	return old;
}





void* thread_callback(void* arg) {

	int* pcount = (int*)arg;
	int i = 0;

	while (i++ < 1000000) {
#if 0


#else
		inc(pcount, 1);
#endif
		usleep(1);
	}

}




int main() {

	pthread_t threadid[THREAD_COUNT] = { 0 };
	int i = 0;
	int count = 0;
	for (i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
		pthread_create(&threadid[i], NULL, thread_callback, &count);//创建线程（线程id，线程属性，线程入口函数，主线程往子线程传的参数）
	}

	for (i = 0; i < 100; i++) {
		printf("count: %d\n", count);
		sleep(1);
	}


	getchar();
}