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[OS] 多线程--原子操作 Interlocked系列函数

时间:2017-03-25 22:32:04      阅读:173      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:c++   赋值   变量   幸运   汇编代码   语句   区别   win   class   

转自:http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7429155

上一篇《多线程--第一次亲密接触 CreateThread与_beginthreadex本质区别》中讲到一个多线程报数功能。为了描述方便和代码简洁起见,我们可以只输出最后的报数结果来观察程序是否运行出错。这也非常类似于统计一个网站每天有多少用户登录,每个用户登录用一个线程模拟,线程运行时会将一个表示计数的变量递增。程序在最后输出计数的值表示有今天多少个用户登录,如果这个值不等于我们启动的线程个数,那显然说明这个程序是有问题的。整个程序代码如下:

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <process.h>
 3 #include <windows.h>
 4 volatile long g_nLoginCount; //登录次数
 5 unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数
 6 const int THREAD_NUM = 10; //启动线程数
 7 unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
 8 {
 9     Sleep(100); //some work should to do
10     g_nLoginCount++;
11     Sleep(50);
12     return 0;
13 }
14 int main()
15 {
16     g_nLoginCount = 0;
17 
18     HANDLE  handle[THREAD_NUM];
19     for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
20         handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFun, NULL, 0, NULL);
21 
22     WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
23     printf("有%d个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
24     return 0;
25 }

程序中模拟10个用户登录,运行结果如下:

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上一篇的线程报数程序一样,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10个用户登录过程重复20次,代码如下:

 1 #include <stdio.h>
 2 #include <process.h>
 3 #include <windows.h>
 4 volatile long g_nLoginCount; //登录次数
 5 unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数
 6 const int THREAD_NUM = 50; //启动线程数
 7 unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
 8 {
 9     Sleep(100); //some work should to do
10     g_nLoginCount++;
11     Sleep(50);
12     return 0;
13 }
14 int main()
15 {
16     int num = 20;
17     while(num --)
18     {
19         g_nLoginCount = 0;
20 
21         HANDLE  handle[THREAD_NUM];
22         for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
23             handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFun, NULL, 0, NULL);
24 
25         WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
26         printf("有%d个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
27     }
28     return 0;
29 }

运行结果如下:

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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。

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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。

引起问题的原因应该是:A执行到第二句,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。

注:每个线程的寄存器是私有的,切换线程时会保存各寄存器中的值。

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, LONG Value);
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, LONG Value);
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:

1 unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
2 {
3     Sleep(100);//some work should to do
4     //g_nLoginCount++;
5     InterlockedIncrement((LPLONG)&g_nLoginCount);
6     Sleep(50);
7     return 0;
8 }

再次运行,可以发现结果会是唯一的。

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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。更多介绍,请访问MSDN上Synchronization Functions这一章节。

[OS] 多线程--原子操作 Interlocked系列函数

标签:c++   赋值   变量   幸运   汇编代码   语句   区别   win   class   

原文地址:http://www.cnblogs.com/lca1826/p/6612516.html

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