浅谈多线程编程以及锁的效率测试

锁在多线程应用上非常广泛，虽然这个影响效率，但这也是在不影响计算结果上最直观的方法了。多线程编程主要有四种思路，一种是加锁，一种是无锁式编程，一种是 STM  软件事务内存，一种是使用 Erlang 等函数式编程语言。

无锁式编程在新手社区中广泛使用，比如我入门时写多线程程序从不加锁，并且可以肯定的是十个程序有九个都有问题。假如有代码高手一改常态使用无锁式编程写代码，可能有两个原因，一是故意留bug，二是工作不饱和。为啥这么说呢？因为，加锁麻烦，无锁式编程的设计更为麻烦，往往消费成倍工作量来换取程序稳定性。所以，朋友们，这个能不用尽量少用。

STM 简要介绍下，就是通过代码实现自动控制内存，假如写内存冲突就会回滚到之前状态。我对这个不了解，不做过多评论。

Erlang 等函数式编程语言的设计就是从分布式以及多线程上面考虑的，非常适合用于项目开发。不过有一个问题，就是函数式编程太难了（网上说的，我觉得还好啊，比编程入门轻松多了），可以试着Bing一下这篇文章《函数式编程很难，这正是你要学习它的原因》。函数式编程的代码不像现在面向对象代码这样清晰直观，也不适用于面向对象编程的程序员快速开发新项目，但它确实是多线程编程首选，没有之一。

还有3D游戏中常常用到的大规模并行计算，也就是调用显卡进行计算，行业规范OpenCL，动不动就是几千上万个线程，虽然在大规模计算面前靠谱，但不适用于几个十几个线程的常规软件，并且在显卡中执行的代码不可以直接访问内存，所以只在少部分项目中有用。

除了上面这些之外其实还有一种，只有大神级程序员才能写出来的代码，就比如单线程的 node.js 。 CPU 计算速度如此之快， I/O 操作如此之慢，为何就不能充分运用计算机的这种特性呢？ node.js 应运而生。这个虽然牛逼，但也不是一般程序员能写出来的。使用 node.js 也可以实现这样的效果，但不在此次讨论之列。

总的来说，还是锁来的最实在。毕竟数据的正确性与效率的折衷上，还是正确性重要。

由于操作系统以及硬件配置不同，效率测试结果可能与同学们有所区别，但效率比例应该是差不多的。以下我测试了6钟锁，分别执行两个进程，每个进程分别对内存指定位置进行自增一亿次，通过所需时间来判断锁的效率。

1、intel 指令锁

__asm { lock inc t }

约底层的代码总是效率越高，这个没得说。本机测试结果在 2s 左右浮动。不过由于是内联汇编，可能存在兼容问题。

2、Win32 API 自增锁

InterlockedIncrement(&t);

执行时间在 5s 左右浮动。

3、Win32 临界区锁

CRITICAL_SECTION cs = { 0 };//定义临界区所需要使用的变量InitializeCriticalSection(&cs);//初始化临界区EnterCriticalSection(&cs);//进入临界区LeaveCriticalSection(&cs);//退出临界区DeleteCriticalSection(&cs);//释放临界区

执行时间在 13s 左右浮动。

上面三个为应用层锁，除了这三个外Windows还有内核锁，用于进程间同步。由于内核锁的控制需要在应用层与内核状态间互相切换，导致速度非常慢。在此测试时我将一亿次循环改为了一百万次，执行时间均为 5s 左右，对应上面约为 500s 。

4、Windows 互斥量

HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, TEXT("testMutex_"));//创建互斥量WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);//等待指定互斥量结束ReleaseMutex(hMutex);//释放互斥量CloseHandle(hMutex);//关闭互斥量句柄

5、Windows 事件

HANDLE hEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, TRUE, TEXT("testEvent_"));//创建事件WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE);//等待事件SetEvent(hEvent);//设置事件CloseHandle(hEvent);//关闭句柄

6、Windows 信号量

HANDLE hSema = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, TEXT("testSemaphore_"));//创建信号量WaitForSingleObject(hSema, INFINITE);//等待信号ReleaseSemaphore(hSema, 1, NULL);//释放信号量CloseHandle(hSema);//关闭句柄

Windows 信号量主要用于多对象同步互斥，比如5个进程访问3个文件等等。
本来准备试试 boost::thread 和 pthread 的，不过，鉴于跨平台多线程库都有的毛病，暂停都没有，果断不试了。估计效率应该和Windows 临界区差别不大。
各种锁介绍完毕，其中个人感觉在应用层实现的临界区最符合个人思维习惯，在单进程应用中效率也最高，一般小软件最好都使用这种锁。

当然并不是说后面几种锁完全无用，毕竟不同的锁有不同的用武之地，比如跨进程、应用层内核层同步等等，这是应用层锁不能实现的（Windows 的应用层对每个进程分别隔离，进程之间不可互相访问，导致锁不可共用）。

另外，我写了一个小型多线程库，使用临界区，方便Windows下多线程应用开发，具体在http://blog.csdn.net/fawdlstty/article/details/45017217参考。