多线程--原子操作 Interlocked系列函数
[转]原文地址:http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7429155
线程同步与互斥: 互斥主要指多个线程不能同时访问一个资源,如打印机就是互斥资源。同步是指多个线程要按一定的次序访问,如上餐馆吃饭,只有菜上桌后你才能吃。互斥其实是一种特殊的同步。
先看一个程序:
#include <stdio.h>
#include <process.h>
#include <windows.h>
volatile long g_nLoginCount; //登录次数
const int THREAD_NUM = 10; //启动线程数
unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
{ //使用了sleep是为了使得每个线程的执行之间有延迟,从而产生线程之间的干扰
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个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
return 0;
}
程序中模拟的是10个用户登录,程序将输出结果:
程序输出的结果好象并没什么问题。下面我们增加点用户来试试,现在模拟50个用户登录,为了便于观察结果,在程序中将50个用户登录过程重复20次,代码如下:
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
volatile long g_nLoginCount; //登录次数
const DWORD THREAD_NUM = 50;//启动线程数
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系列函数的使用\n");
printf(" -- by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows ) --\n\n"); //重复20次以便观察多线程访问同一资源时导致的冲突
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); //最大等待数为64
printf("有%d个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
}
return 0;
}
运行结果如下图:
现在结果水落石出,明明有50个线程执行了g_nLoginCount++;操作,但结果输出是不确定的,有可能为50,但也有可能小于50。
要解决这个问题,我们就分析下g_nLoginCount++;操作。在VC6.0编译器对g_nLoginCount++;这一语句打个断点,再按F5进入调试状态,然后按下Debug工具栏的Disassembly按钮,这样就出现了汇编代码窗口。可以发现在C/C++语言中一条简单的自增语句其实是由三条汇编代码组成的,如下图所示。
讲解下这三条汇编意思:
第一条汇编将g_nLoginCount的值从内存中读取到寄存器eax中。
第二条汇编将寄存器eax中的值与1相加,计算结果仍存入寄存器eax中。
第三条汇编将寄存器eax中的值写回内存中。
这样由于线程执行的并发性,很可能线程A执行到第二句时,执行B,假设B执行结束后,继续执行A,其实寄存器eax是会恢复到A最后的值,这样导致的结果是线程B的执行结果被A覆盖,相当于B没有执行。这样执行下来,结果是不可预知的——可能会出现50,可能小于50。(每个线程的寄存器是私有的,切换线程时会保存各寄存)
因此在多线程环境中对一个变量进行读写时,我们需要有一种方法能够保证对一个值的递增操作是原子操作——即不可打断性,一个线程在执行原子操作时,其它线程必须等待它完成之后才能开始执行该原子操作。这种涉及到硬件的操作会不会很复杂了,幸运的是,Windows系统为我们提供了一些以Interlocked开头的函数来完成这一任务(下文将这些函数称为Interlocked系列函数)。
下面列出一些常用的Interlocked系列函数:
1.增减操作
LONG__cdecl InterlockedIncrement(LONG volatile* Addend);
LONG__cdecl InterlockedDecrement(LONG volatile* Addend);
返回变量执行增减操作之后的值。
LONG__cdec InterlockedExchangeAdd(LONG volatile* Addend, LONGValue);
返回运算后的值,注意!加个负数就是减。
2.赋值操作
LONG__cdecl InterlockedExchange(LONG volatile* Target, LONGValue);
Value就是新值,函数会返回原先的值。
在本例中只要使用InterlockedIncrement()函数就可以了。将线程函数代码改成:
再次运行,可以发现结果会是唯一的。
因此,在多线程环境下,我们对变量的自增自减这些简单的语句也要慎重思考,防止多个线程导致的数据访问出错。
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