多线程中的隐蔽问题揭秘----不确定性

来源：互联网发布：胜科金仕达待遇知乎编辑：程序博客网时间：2024/05/21 01:58

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：

[html] view plain copy
#include <stdio.h>  
#include <process.h>  
#include <windows.h>  
  
volatile long g_nLoginCount; //登录次数  
unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数  
const int THREAD_NUM = 10;  //启动线程数  
  
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：有10个用户登录后记录结果是10。

和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50个用户登录过程重复20次，代码如下：

[html] view plain copy
#include <stdio.h>  
#include <windows.h>  
volatile long g_nLoginCount; //登录次数  
unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数  
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);  
        printf("有%d个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);  
    }  
    return 0;  
}  

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，线程B开始执行，线程B将原来的值又写入寄存器eax中，这样线程A所主要计算的值就被线程B修改了。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。

因此在多线程中操作一个变量时，应该注意线程直接的互斥与同步。

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