【PTHREAD】线程互斥与同步之问题引入

最新推荐文章于 2024-10-26 07:51:13 发布

原创最新推荐文章于 2024-10-26 07:51:13 发布 · 183 阅读

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本文通过一个C语言示例展示了多线程环境下全局变量自加操作导致的并发问题。由于g_num++不是原子操作，两个线程可能交错执行导致数据覆盖，从而使得最终结果与预期不符。这揭示了在多线程编程中需要考虑的数据同步和线程安全问题。

一个进程可以创建多个线程，这些线程的执行顺序是不确定的，但是相互独立。如果这些线程同时访问一个公共资源（例如，全局变量），这时可能会出现问题。

下面的例子中，开启了两个线程，每个线程中均对全局变量g_num执行自加一万此。理论上，最终的计算结果是20000，但实际运行结果与预想相差甚大。

#include <stdio.h>   // printf fprintf
#include <stdlib.h>  // EXIT_FAILURE EXIT_SUCCESS
#include <unistd.h>  // sleep
#include <pthread.h> // pthread_create pthread_t

int g_num = 0;

void *start_routine_01(void *ptr)
{
    for (size_t i = 0; i < 10000; i++)
        g_num++;

    return (void *)"8888";
}

void *start_routine_02(void *ptr)
{
    for (size_t i = 0; i < 10000; i++)
        g_num++;

    return (void *)"9999";
}

int main(int argc, char const *argv[])
{
    pthread_t thread_id_01;
    pthread_t thread_id_02;

    pthread_create(&thread_id_01, NULL, start_routine_01, NULL);
    pthread_create(&thread_id_01, NULL, start_routine_02, NULL);

    pthread_join(thread_id_01, NULL);
    pthread_join(thread_id_02, NULL);

    printf("计算结果为： %d\n", g_num);

    printf("主线程即将退出...\n");
    exit(EXIT_SUCCESS);
}

造成这种结果的原因为：g_num++操作并不是原子性的。数据操作的过程如下，先将数据的当前值从内存拷贝到寄存器，操作之后在从寄存器拷贝到内存中。多线程同时操作全局变量时，可能出现一下情况。例如，全局变量的当前值为1，线程一将数据从内存拷贝到寄存器0。由于线程调度还未执行自加操作，便开始执行其他任务。此时线程二亦开始操作该全局变量，并将该变量的值1拷贝到寄存器1，完成自加操作，并将结果2拷贝回内存。之后，线程一重新调度开始执行之前未完成的操作，将全局变量自加，并将结果拷贝回内存。这时发生了数据覆盖，新的计算结果将之前的计算结果覆盖掉。