12、多线程编程的规则与库使用指南

多线程编程的规则与库使用指南

在多线程编程中，为了设计出高效、稳定的并发应用，需要遵循一些重要的规则，并合理使用相关的线程库。以下将详细介绍这些规则和线程库的使用方法。

1. 多线程编程的八条简单规则

在将串行应用转换为并发版本时，有八条简单规则需要牢记。
- 规则 5：使用正确的线程模型
- 当线程库不足以覆盖应用的所有并发需求，且必须使用用户控制的线程时，如果隐式线程模型（如 OpenMP 或 Intel Threading Building Blocks）能满足所有功能需求，就不要使用显式线程。显式线程虽能对线程实现进行更精细的控制，但如果只是对计算密集型循环进行并行化，或者不需要显式线程提供的额外灵活性，就没必要增加不必要的工作。实现越复杂，越容易出错，后续维护也越困难。
- OpenMP 专注于数据分解方法，尤其适用于处理大数据集的循环线程化。但可能存在外部要求禁止使用 OpenMP，此时需使用经批准的（显式）模型实现线程化。建议先使用 OpenMP 对计划的并发进行原型设计，估算潜在的性能提升、可扩展性以及用显式线程对串行代码进行线程化所需的工作量。
- 规则 6：切勿假设特定的执行顺序
- 串行计算中，容易预测程序中任意语句之后将执行的语句。但线程的执行顺序是不确定的，由操作系统调度器控制，无法可靠预测线程的执行顺序。这主要是为了隐藏应用内的执行延迟，特别是在核心数少于线程数的系统上运行时。当线程因需要不在缓存中的内存或处理 I/O 请求而阻塞时，调度器会换出阻塞线程，换入准备运行的线程。
- 这种调度的不确定性会导致数据竞争。如果假设一个线程在另一个