临界资源访问一个有趣现象

2023-12-14 11:56:08

先看一个例子:我们创建10个线程,每一个线程对同一个地址上的值都进行加一100000次,那最后结果是不是1000000呢?

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

#define THREAD_COUNT   10

void *thread_entry(void *arg)
{
    int *pcount = (int *)arg;
    int i = 0;
    while(i++ < 100000)
    {
        (*pcount)++;
        usleep(1);
    }
}

int main()
{
    pthread_t thread_id[THREAD_COUNT] = {0};
    int count = 0;
    int i = 0;
    for(i = 0;i < THREAD_COUNT; i++) // 创建10个线程
    {
        pthread_create(&thread_id[i],NULL,thread_entry,&count);
    }
    for(i = 0; i < 100; i++)
    {
        printf("count --> %d\n",count);
        sleep(1);
    }
    
    for(i = 0;i < THREAD_COUNT; i++)
    {
        pthread_join(thread_id[i],NULL);
    }
    return 0;
}

我们查看运行结果,执行了两次,发现最终结果都没有加到一百万👇
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
而是逐渐到了一个平稳状态。

原因:
对于 idx++ 这种自加操作,不是原子操作,相对于底层来说他是分三步执行的:
mov idx, %eax
inc %eax
mov eax, idx
大多数情况下,每个线程都能够连续的执行完这三条指令。如下👇
在这里插入图片描述
但是有时也会出现一个线程的操作被其他线程打断,这样,两次的自加操作只能实现一次自加的效果
在这里插入图片描述
解决方案:
(一)互斥锁(Mutex):适用于锁住的内容多,(例如红黑数的增加节点操作),切换线程的代价小于等待的代价
互斥锁保证在任意时刻只有一个线程能够进入被保护的临界区。当一个线程获取到互斥锁后,其他线程若要进入临界区会被阻塞,直到该线程释放锁。互斥锁是一种阻塞锁,当线程无法获取到锁时,会进入阻塞状态。

(二)自旋锁(spinlock):适用于锁住的内容少,(例如就执行++操作),切换线程的代价大于等待的代价

(三)原子操作:得有CPU指令的支持

文章来源:https://blog.csdn.net/weixin_43624626/article/details/134988230
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