上一篇《多線程第一次親密接觸?CreateThread與_beginthreadex本質(zhì)區(qū)別》中講到一個(gè)多線程報(bào)數(shù)功能。為了描述方便和代碼簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，我們可以只輸出最后的報(bào)數(shù)結(jié)果來(lái)觀察程序是否運(yùn)行出錯(cuò)。這也非常類似于統(tǒng)計(jì)一個(gè)網(wǎng)站每天有多少用戶登錄，每個(gè)用戶登錄用一個(gè)線程模擬，線程運(yùn)行時(shí)會(huì)將一個(gè)表示計(jì)數(shù)的變量遞增。程序在最后輸出計(jì)數(shù)的值表示有今天多少個(gè)用戶登錄，如果這個(gè)值不等于我們啟動(dòng)的線程個(gè)數(shù)，那顯然說(shuō)明這個(gè)程序是有問(wèn)題的。整個(gè)程序代碼如下：

[cpp]?view plaincopy

#include?<stdio.h>??

#include?<process.h>??

#include?<windows.h>??

volatile?long?g_nLoginCount;?//登錄次數(shù)??

unsigned?int?__stdcall?Fun(void?*pPM);?//線程函數(shù)??

const?int?THREAD_NUM?=?10;?//啟動(dòng)線程數(shù)??

unsigned?int?__stdcall?ThreadFun(void?*pPM)??

{??

????Sleep(100);?//some?work?should?to?do??

????g_nLoginCount++;??

????Sleep(50);???

????return?0;??

}??

int?main()??

{??

????g_nLoginCount?=?0;??

??

????HANDLE??handle[THREAD_NUM];??

????for?(int?i?=?0;?i?<?THREAD_NUM;?i++)??

????????handle[i]?=?(HANDLE)_beginthreadex(NULL,?0,?ThreadFun,?NULL,?0,?NULL);??

??????

????WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM,?handle,?TRUE,?INFINITE);???

????printf("有%d個(gè)用戶登錄后記錄結(jié)果是%d\n",?THREAD_NUM,?g_nLoginCount);??

????return?0;??

}??

程序中模擬的是10個(gè)用戶登錄，程序?qū)⑤敵鼋Y(jié)果：

和上一篇的線程報(bào)數(shù)程序一樣，程序輸出的結(jié)果好象并沒(méi)什么問(wèn)題。下面我們?cè)黾狱c(diǎn)用戶來(lái)試試，現(xiàn)在模擬50個(gè)用戶登錄，為了便于觀察結(jié)果，在程序中將50個(gè)用戶登錄過(guò)程重復(fù)20次，代碼如下：

[cpp]?view plaincopy

#include?<stdio.h>??

#include?<windows.h>??

volatile?long?g_nLoginCount;?//登錄次數(shù)??

unsigned?int?__stdcall?Fun(void?*pPM);?//線程函數(shù)??

const?DWORD?THREAD_NUM?=?50;//啟動(dòng)線程數(shù)??

DWORD?WINAPI?ThreadFun(void?*pPM)??

{??

????Sleep(100);?//some?work?should?to?do??

????g_nLoginCount++;??

????Sleep(50);??

????return?0;??

}??

int?main()??

{??

????printf("?????原子操作?Interlocked系列函數(shù)的使用\n");??

????printf("?--?by?MoreWindows(?http://blog.csdn.net/MoreWindows?)?--\n\n");??

??????

????//重復(fù)20次以便觀察多線程訪問(wèn)同一資源時(shí)導(dǎo)致的沖突??

????int?num=?20;??

????while?(num--)??

????{?????

????????g_nLoginCount?=?0;??

????????int?i;??

????????HANDLE??handle[THREAD_NUM];??

????????for?(i?=?0;?i?<?THREAD_NUM;?i++)??

????????????handle[i]?=?CreateThread(NULL,?0,?ThreadFun,?NULL,?0,?NULL);??

????????WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM,?handle,?TRUE,?INFINITE);??

????????printf("有%d個(gè)用戶登錄后記錄結(jié)果是%d\n",?THREAD_NUM,?g_nLoginCount);??

????}??

????return?0;??

}??

運(yùn)行結(jié)果如下圖：

現(xiàn)在結(jié)果水落石出，明明有50個(gè)線程執(zhí)行了g_nLoginCount++;操作，但結(jié)果輸出是不確定的，有可能為50，但也有可能小于50。

???????要解決這個(gè)問(wèn)題，我們就分析下g_nLoginCount++;操作。在VC6.0編譯器對(duì)g_nLoginCount++;這一語(yǔ)句打個(gè)斷點(diǎn)，再按F5進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，然后按下Debug工具欄的Disassembly按鈕，這樣就出現(xiàn)了匯編代碼窗口。可以發(fā)現(xiàn)在C/C++語(yǔ)言中一條簡(jiǎn)單的自增語(yǔ)句其實(shí)是由三條匯編代碼組成的，如下圖所示。

講解下這三條匯編意思：

第一條匯編將g_nLoginCount的值從內(nèi)存中讀取到寄存器eax中。

第二條匯編將寄存器eax中的值與1相加，計(jì)算結(jié)果仍存入寄存器eax中。

第三條匯編將寄存器eax中的值寫(xiě)回內(nèi)存中。

???????這樣由于線程執(zhí)行的并發(fā)性，很可能線程A執(zhí)行到第二句時(shí)，線程B開(kāi)始執(zhí)行，線程B將原來(lái)的值又寫(xiě)入寄存器eax中，這樣線程A所主要計(jì)算的值就被線程B修改了。這樣執(zhí)行下來(lái)，結(jié)果是不可預(yù)知的——可能會(huì)出現(xiàn)50，可能小于50。

???????因此在多線程環(huán)境中對(duì)一個(gè)變量進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)，我們需要有一種方法能夠保證對(duì)一個(gè)值的遞增操作是原子操作——即不可打斷性，一個(gè)線程在執(zhí)行原子操作時(shí)，其它線程必須等待它完成之后才能開(kāi)始執(zhí)行該原子操作。這種涉及到硬件的操作會(huì)不會(huì)很復(fù)雜了，幸運(yùn)的是，Windows系統(tǒng)為我們提供了一些以Interlocked開(kāi)頭的函數(shù)來(lái)完成這一任務(wù)（下文將這些函數(shù)稱為Interlocked系列函數(shù)）。

下面列出一些常用的Interlocked系列函數(shù)：

1.增減操作

LONG__cdeclInterlockedIncrement(LONG?volatile*?Addend);

LONG__cdeclInterlockedDecrement(LONG?volatile*?Addend);

返回變量執(zhí)行增減操作之后的值。

LONG__cdec?InterlockedExchangeAdd(LONG?volatile*?Addend,?LONGValue);

返回運(yùn)算后的值，注意！加個(gè)負(fù)數(shù)就是減。

?

2.賦值操作

LONG__cdeclInterlockedExchange(LONG?volatile*?Target,?LONGValue);

Value就是新值，函數(shù)會(huì)返回原先的值。

?

在本例中只要使用InterlockedIncrement()函數(shù)就可以了。將線程函數(shù)代碼改成：

[cpp]?view plaincopy

DWORD?WINAPI?ThreadFun(void?*pPM)??

{??

????Sleep(100);//some?work?should?to?do??

????//g_nLoginCount++;??

????InterlockedIncrement((LPLONG)&g_nLoginCount);??

????Sleep(50);??

????return?0;??

}??

再次運(yùn)行，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果會(huì)是唯一的。

???????因此，在多線程環(huán)境下，我們對(duì)變量的自增自減這些簡(jiǎn)單的語(yǔ)句也要慎重思考，防止多個(gè)線程導(dǎo)致的數(shù)據(jù)訪問(wèn)出錯(cuò)。更多介紹，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)MSDN上Synchronization Functions這一章節(jié)，地址為?http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/aa909196.aspx

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看到這里，相信本系列首篇《秒殺多線程第一篇 多線程筆試面試題匯總》中選擇題第一題（百度筆試題）應(yīng)該可以秒殺掉了吧（知其然也知其所以然），正確答案是D。另外給個(gè)附加問(wèn)題，程序中是用50個(gè)線程模擬用戶登錄，有興趣的同學(xué)可以試下用100個(gè)線程來(lái)模擬一下（上機(jī)試試絕對(duì)會(huì)有意外發(fā)現(xiàn)^_^）。

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下一篇《秒殺多線程第四篇 一個(gè)經(jīng)典多線程同步問(wèn)題》將提出一個(gè)稍為復(fù)雜點(diǎn)但卻非常經(jīng)典的多線程同步互斥問(wèn)題，這個(gè)問(wèn)題會(huì)采用不同的方法來(lái)解答，從而讓你充分熟練多線程同步互斥的“招式”。更多精彩，歡迎繼續(xù)參閱。

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超強(qiáng)干貨來(lái)襲 云風(fēng)專訪：近40年碼齡，通宵達(dá)旦的技術(shù)人生

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的秒杀多线程第三篇 原子操作 Interlocked系列函数的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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