79-多线程雷区

1. 问题提出

相信你已经知道了多线程是怎么一回事了,现在你也可以用多线程去解决问题了。一般来说,互相之间没有严格执行顺序的问题,谁先谁后都无所谓,这种问题都可以使用多线程来解决。但是有时候,多线程会带来一些令人困挠的错误。先不管会产生什么问题吧,我们先来看我们的目标问题:

程序员 allen 和 luffy 两人去抢火车票,很不幸的是,只剩下 3 张票了。现在请你起两个线程,去模拟抢票的过程。抢票过程:

  • 先查余票,如果有余票,下单
  • 将余票数量减 1
  • 有多少票抢多少票

2. 问题解决

假设我们使用全局变量 tickets 来表示数据库中余票的数量,接下来我们用程序 problem 来模拟此过程。

2.1 程序清单

// problem.c
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <pthread.h>

int tickets = 3;

void* allen(void* arg) {
  int flag = 1;
  while(flag) {
    // 从数据库中读取余票数,此操作假设消耗 20 ms
    int t = tickets;
    usleep(1000*20);// 20ms

    // 查看到余票数量 > 0,就打印 allen 买到一张票
    if (t > 0) {
      printf("allen buy a ticket\n");
      // 将余票数量减 1,再保存回数据库,此操作消耗 20 ms
      --t;
      usleep(1000*20);// 20ms
      tickets = t;
    }   
    else flag = 0;
    // 买完票后,休息 20 ms
    usleep(1000*20);// 20ms
  }
  return NULL;
}

void* luffy(void* arg) {
  int flag = 1;
  while(flag) {
    int t = tickets;
    usleep(1000*20);
    if (t > 0) {
      printf("luffy buy a ticket\n");
      --t;
      usleep(1000*20);// 20ms
      tickets = t;
    }   
    else flag = 0;
    usleep(1000*20);// 20ms
  }
  return NULL;
}
int main() {
  pthread_t tid1, tid2;
  pthread_create(&tid1, NULL, allen, NULL);
  pthread_create(&tid2, NULL, luffy, NULL);
  pthread_join(tid1, NULL);
  pthread_join(tid2, NULL);
  return 0;
}

2.2 编译和运行

$ gcc problem.c -o problem -lpthread
$ ./problem

2.3 结果及分析


这里写图片描述
图 1 运行结果

显然,上面的运行结果不是我们所期望的。你知道,系统中的余票只有 3 张。可是结果却显示 allen 和 luffy 各买了 3 张票!!!

想象一下,如果这发生在 12306 上将多么可怕!其实你可以仔细想想,有时候你在 12306 上查的余票数还有 10 张,但是当你下单的时候,却发现票已售空了——空了——了。

在我们这个例子中,会不会出现此种情况?当 luffy 在查看余票的时候,还有 3 张,可是当他下单的时候,说不定只剩下 2 张了。

5. 总结

  • 知道多线程程序带来的问题
  • 理解为什么会出现这种错误

本文是为后面的线程互斥和同步做铺垫,所以此问题的解决方案我们放到下一个专题中。

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