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news 2025/7/8 0:35:08

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一、臨界資源與臨界區(qū)

多線程會共享例如全局變量等資源，我們把會被多個執(zhí)行流訪問的資源稱為臨界資源，我們是通過代碼訪問臨界資源的，而我們訪問臨界資源的那部分代碼稱為臨界區(qū)。

實現(xiàn)一個搶票系統(tǒng)

只有一個線程搶票時

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unistd.h>#include "Thread.hpp"int num = 10000; std::string GetThreadName()
{static int num = 1;char name[64];snprintf(name, sizeof(name), "thread-%d", num++);return name;
}void Ticket(std::string name)
{while(true){if(num > 0){usleep(1000);printf("%s get ticket: %d\n", name.c_str(), num);num--;}else{break;}}
}int main()
{std::string name1 = GetThreadName();Thread<std::string> t1(name1, Ticket, name1);t1.Start();t1.Join();return 0;
}

正常輸出，最終票數(shù)為0時退出。

但是當我們啟動多個線程同時搶票時，num就是臨界資源，使用num的那部分代碼就是臨界區(qū)

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unistd.h>#include "Thread.hpp"int num = 10000; std::string GetThreadName()
{static int num = 1;char name[64];snprintf(name, sizeof(name), "thread-%d", num++);return name;
}void Ticket(std::string name)
{while(true){if(num > 0){usleep(1000);printf("%s get ticket: %d\n", name.c_str(), num);num--;}else{break;}}
}int main()
{std::string name1 = GetThreadName();Thread<std::string> t1(name1, Ticket, name1);std::string name2 = GetThreadName();Thread<std::string> t2(name2, Ticket, name2);std::string name3 = GetThreadName();Thread<std::string> t3(name3, Ticket, name3);std::string name4 = GetThreadName();Thread<std::string> t4(name4, Ticket, name4);t1.Start();t2.Start();t3.Start();t4.Start();t1.Join();t2.Join();t3.Join();t4.Join();return 0;
}

可以看到出現(xiàn)了0和負數(shù)的票數(shù)，這是因為當票數(shù)只剩1時，有多個執(zhí)行流在同一時間通過了if判斷，使得能繼續(xù)進行減票操作。

vs下自減操作的反匯編，分為三步：先從內(nèi)存拿數(shù)據(jù)，再把數(shù)據(jù)減1，最后把數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)存

多個執(zhí)行流同時訪問臨界資源例如自減操作，由于--操作不是原子性的（我們認為一條匯編指令是原子性的，是不會被中斷的。但--操作轉為匯編指令后，需要多條指令才能完成），當--操作執(zhí)行到一半切換到其他線程會導致數(shù)據(jù)不一致的問題。這種情況下需要通過鎖把臨界區(qū)保護起來，每次只讓一個執(zhí)行流訪問臨界資源，避免數(shù)據(jù)不一致問題。

互斥：任何時刻，互斥保證有且只有一個執(zhí)行流進入臨界區(qū)，訪問臨界資源，通常對臨界資源起保護作用。

原子性：不會被任何調(diào)度機制打斷的操作，該操作只有兩態(tài)，要么完成，要么未完成。

二、使用鎖的方法

1.創(chuàng)建鎖

如果定義一個全局的鎖，直接使用pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER用宏初始化。

如果定義一個局部鎖，要使用pthread_mutex_init方法創(chuàng)建，參數(shù)attr設為nullptr

2.加鎖解鎖

使用pthread_mutex_lock加鎖，傳遞鎖的地址，

解鎖用pthread_mutex_unlock

當我們使用鎖后，就能保證每次只有一個執(zhí)行流能訪問臨界資源。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <unistd.h>#include "Thread.hpp"int num = 10000;
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; //定義一個全局鎖std::string GetThreadName()
{static int num = 1;char name[64];snprintf(name, sizeof(name), "thread-%d", num++);return name;
}void Ticket(std::string name)
{while(true){pthread_mutex_lock(&mutex); //加鎖if(num > 0){usleep(1000);printf("%s get ticket: %d\n", name.c_str(), num);num--;pthread_mutex_unlock(&mutex); //解鎖}else{pthread_mutex_unlock(&mutex); //解鎖break;}}
}int main()
{std::string name1 = GetThreadName();Thread<std::string> t1(name1, Ticket, name1);std::string name2 = GetThreadName();Thread<std::string> t2(name2, Ticket, name2);std::string name3 = GetThreadName();Thread<std::string> t3(name3, Ticket, name3);std::string name4 = GetThreadName();Thread<std::string> t4(name4, Ticket, name4);t1.Start();t2.Start();t3.Start();t4.Start();t1.Join();t2.Join();t3.Join();t4.Join();return 0;
}

結果正常，但是速度慢了很多，因為要不斷申請鎖和釋放鎖

加鎖解鎖的過程是安全的

三、可重入和線程安全

1.概念

線程安全：多個線程并發(fā)同一段代碼時，不會出現(xiàn)不同的結果。常見對全局變量或者靜態(tài)變量進行操作，并且沒有鎖保護的情況下，會出現(xiàn)該問題。

重入：同一個函數(shù)被不同的執(zhí)行流調(diào)用，當前一個流程還沒有執(zhí)行完，就有其他的執(zhí)行流再次進入，我們稱之為重入。一個函數(shù)在重入的情況下，運行結果不會出現(xiàn)任何不同或者任何問題，則該函數(shù)被稱為可重入函數(shù)，否則，是不可重入函數(shù)。