[OS] 多线程--原子操作 Interlocked系列函数
轉自：http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7429155
上一篇《多線程--第一次親密接觸 CreateThread與_beginthreadex本質區別》中講到一個多線程報數功能。為了描述方便和代碼簡潔起見，我們可以只輸出最后的報數結果來觀察程序是否運行出錯。這也非常類似于統計一個網站每天有多少用戶登錄，每個用戶登錄用一個線程模擬，線程運行時會將一個表示計數的變量遞增。程序在最后輸出計數的值表示有今天多少個用戶登錄，如果這個值不等于我們啟動的線程個數，那顯然說明這個程序是有問題的。整個程序代碼如下：
#include <stdio.h>
#include <process.h>
#include <windows.h>
volatile long g_nLoginCount; //登錄次數
unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //線程函數
const int THREAD_NUM = ; //啟動線程數
unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
{
Sleep(); //some work should to do
g_nLoginCount++;
Sleep();
return ;
}
int main()
{
g_nLoginCount = ; HANDLE handle[THREAD_NUM];
for (int i = ; i < THREAD_NUM; i++)
handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, , ThreadFun, NULL, , NULL); WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
printf("有%d個用戶登錄后記錄結果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
return ;
}
程序中模擬10個用戶登錄，運行結果如下：
和上一篇的線程報數程序一樣，程序輸出的結果好象并沒什么問題。下面我們增加點用戶來試試，現在模擬50個用戶登錄，為了便于觀察結果，在程序中將10個用戶登錄過程重復20次，代碼如下：
#include <stdio.h>
#include <process.h>
#include <windows.h>
volatile long g_nLoginCount; //登錄次數
unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //線程函數
const int THREAD_NUM = 5; //啟動線程數
unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
{
Sleep(); //some work should to do
g_nLoginCount++;
Sleep();
return ;
}
int main()
{
int num = ;
while(num --)
{
g_nLoginCount = ; HANDLE handle[THREAD_NUM];
for (int i = ; i < THREAD_NUM; i++)
handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, , ThreadFun, NULL, , NULL); WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
printf("有%d個用戶登錄后記錄結果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
}
return ;
}
運行結果如下：
現在結果水落石出，明明有50個線程執行了g_nLoginCount++;操作，但結果輸出是不確定的，有可能為50，但也有可能小于50。
要解決這個問題，我們就分析下g_nLoginCount++;操作。在VC6.0編譯器對g_nLoginCount++;這一語句打個斷點，再按F5進入調試狀態，然后按下Debug工具欄的Disassembly按鈕，這樣就出現了匯編代碼窗口。可以發現在C/C++語言中一條簡單的自增語句其實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，計算結果仍存入寄存器eax中。
第三條匯編將寄存器eax中的值寫回內存中。
引起問題的原因應該是：A執行到第二句，執行B，假設B執行結束后，繼續執行A，其實寄存器eax是會恢復到A最后的值，這樣導致的結果是線程B的執行結果被A覆蓋，相當于B沒有執行。
注：每個線程的寄存器是私有的，切換線程時會保存各寄存器中的值。
因此在多線程環境中對一個變量進行讀寫時，我們需要有一種方法能夠保證對一個值的遞增操作是原子操作——即不可打斷性，一個線程在執行原子操作時，其它線程必須等待它完成之后才能開始執行該原子操作。這種涉及到硬件的操作會不會很復雜了，幸運的是，Windows系統為我們提供了一些以Interlocked開頭的函數來完成這一任務（下文將這些函數稱為Interlocked系列函數）。
下面列出一些常用的Interlocked系列函數：
1.增減操作
LONG__cdecl InterlockedIncrement(LONG volatile* Addend);
LONG__cdecl InterlockedDecrement(LONG volatile* Addend);
返回變量執行增減操作之后的值。
LONG__cdec InterlockedExchangeAdd(LONG volatile* Addend, LONG Value);
返回運算后的值，注意！加個負數就是減。
2.賦值操作
LONG__cdecl InterlockedExchange(LONG volatile* Target, LONG Value);
Value就是新值，函數會返回原先的值。
在本例中只要使用InterlockedIncrement()函數就可以了。將線程函數代碼改成：
unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
{
Sleep();//some work should to do
//g_nLoginCount++;
InterlockedIncrement((LPLONG)&g_nLoginCount);
Sleep();
return ;
}
再次運行，可以發現結果會是唯一的。
因此，在多線程環境下，我們對變量的自增自減這些簡單的語句也要慎重思考，防止多個線程導致的數據訪問出錯。更多介紹，請訪問MSDN上Synchronization Functions這一章節。
總結
以上是生活随笔為你收集整理的[OS] 多线程--原子操作 Interlocked系列函数的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
- 上一篇： 2020 .3.23保研考研笔记
- 下一篇： java继承和派生4.4- 4.5202