秒杀多线程第四篇 一个经典的多线程同步问题

上一篇《秒杀多线程第三篇原子操作 Interlocked系列函数》中介绍了原子操作在多进程中的作用，现在来个复杂点的。这个问题涉及到线程的同步和互斥，是一道非常有代表性的多线程同步问题，如果能将这个问题搞清楚，那么对多线程同步也就打下了良好的基础。

 

程序描述：

主线程启动10个子线程并将表示子线程序号的变量地址作为参数传递给子线程。子线程接收参数 -> sleep(50) -> 全局变量++ -> sleep(0) -> 输出参数和全局变量。

要求：

1．子线程输出的线程序号不能重复。

2．全局变量的输出必须递增。

下面画了个简单的示意图：

分析下这个问题的考察点，主要考察点有二个：

1．主线程创建子线程并传入一个指向变量地址的指针作参数，由于线程启动须要花费一定的时间，所以在子线程根据这个指针访问并保存数据前，主线程应等待子线程保存完毕后才能改动该参数并启动下一个线程。这涉及到主线程与子线程之间的同步。

2．子线程之间会互斥的改动和输出全局变量。要求全局变量的输出必须递增。这涉及到各子线程间的互斥。

 

下面列出这个程序的基本框架，可以在此代码基础上进行修改和验证。

 //经典线程同步互斥问题
 #include
 #include
 #include

 long g_nNum; //全局资源
 unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数
 const int THREAD_NUM = 10; //子线程个数

 int main()
 {
     g_nNum = 0;
     HANDLE  handle[THREAD_NUM];

     int i = 0;
     while (i < THREAD_NUM)
     {
         handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL);
         i++;//等子线程接收到参数时主线程可能改变了这个i的值
     }
     //保证子线程已全部运行结束
     WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
     return 0;
 }

 unsigned int __stdcall Fun(void *pPM)
 {
 //由于创建线程是要一定的开销的，所以新线程并不能第一时间执行到这来
     int nThreadNum = *(int *)pPM; //子线程获取参数
     Sleep(50);//some work should to do
     g_nNum++;  //处理全局资源
     Sleep(0);//some work should to do
     printf("线程编号为%d  全局资源值为%d\n", nThreadNum, g_nNum);
     return 0;
 }

运行结果可以参考下列图示，强烈建议读者亲自试一试。

图1

图2

图3

可以看出，运行结果完全是混乱和不可预知的。本系列将会运用Windows平台下各种手段包括关键段，事件，互斥量，信号量等等来解决这个问题并作一份全面的总结，敬请关注。

 

《秒杀多线程第五篇 经典线程同步 关键段CS》已经发布，欢迎参阅。

《秒杀多线程第六篇 经典线程同步 事件Event》已经发布，欢迎参阅。

《秒杀多线程第七篇 经典线程同步 互斥量Mutex》已经发布，欢迎参阅。

《秒杀多线程第八篇 经典线程同步 信号量Semaphore》已经发布，欢迎参阅。 

 

 

转载请标明出处，原文地址：http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7442333

 

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查看评论

36楼  肖红 2016-02-15 11:00发表 [回复]

没太看懂说的什么意思，不过这个多线程系列的文章写的很好。

35楼  ZeroWM 2016-01-19 08:23发表 [回复]

(⊙o⊙)…

34楼  mayfla 2016-01-15 22:04发表 [回复]

不错，高大上

33楼  Suyee_mongol 2016-01-06 12:05发表 [回复]

真的是十分精彩！！

32楼  贾丽敏 2015-12-28 23:18发表 [回复]

正在学习中

31楼  yi9un 2015-10-29 20:59发表 [回复]

刚学习线程，29行 int nThreadNum = *(int *)pPM ，怎么理解，为什么nThreadNum会自增，没有 nThreadNum++啊

Re:  flyoambbs 2016-01-19 18:43发表 [回复]

回复yi9un：(HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL); 
创建线程的时候不是传递了一个参数么。看这里就知道了.

30楼  vine_branches 2015-07-08 17:29发表 [回复]

 #include "stdafx.h"
 #include "stdio.h"
 #include
 #include

 #define THREAD_NUM  10 // THREAD_NUM > 64会有问题
 volatile long g_nLoginCount;

 unsigned int _stdcall ThreadFun4(void * pPM)
 {
     int nThreadNum = *(int *)pPM;
     g_nLoginCount++;
     printf("Thread number is %d,  g_nLoginCount is %d\n", nThreadNum, g_nLoginCount);
     return 0;
 }
 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
 {
     g_nLoginCount = 0;
     HANDLE handle[THREAD_NUM];

       for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
     {
         handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFun4, &i, 0, NULL);
     }
     WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, true, INFINITE);
     return 0;
 }

以上是我的代码，i值乱序可以理解，为什么nLoginCount 会出现递减的情况呀？

29楼  jinzhaofei 2015-05-25 11:49发表 [回复]

楼主，我只要在第19行i++前面加一个WaitForSingleObject()就行了，根本不需要使用关键区域，是吗？

Re:  vine_branches 2015-07-08 17:19发表 [回复]

回复jinzhaofei：这样就失去了多线程的意义啦

28楼  LuckyBool 2015-05-18 14:17发表 [回复]

不懂啊，为什么线程编号会重复啊？

Re:  huke08093446 2015-05-22 16:08发表 [回复]

回复LuckyBool：因为传递的是指针，在数值赋给nThreadnum之前如果i的值改变了，那么nThreadnum的值就会增大，和下一个线程的编号就有可能造成重复。

27楼  Dangrous 2015-01-07 09:43发表 [回复]

我起初是学习linux平台的编程的。其实linux平台下的多线程编程，与windows没什么差别。至少表面上没什么差别，毕竟我还是一只小菜鸟。

26楼  StandMyGround 2014-11-29 22:56发表 [回复]

支持正能量，好文一定要顶，楼主无私，顶。

25楼  unijiang 2014-09-05 16:05发表 [回复]

好文章 受益匪浅 校友~

24楼  ws_thinker 2014-07-15 10:51发表 [回复]

引用“wy223170wy”的评论：博主，这个主线程和子线程的同步问题不是十分了解，可否详细解释一下
同问啊楼主。

Re:  Templar101 2014-09-06 19:59发表 [回复]

回复ws_thinker：博主已经不更了 关于多线程的可以参考 windows核心编程 和C++面向对象多线程编程

23楼  apt-get-install 2014-06-28 10:55发表 [回复]

火钳刘明

22楼  yimao_44 2014-05-22 09:24发表 [回复]

#include "stdio.h"
#include "process.h"
#include "windows.h"
long g_nNum; //全局资源
unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数
const int THREAD_NUM = 10 ;//子线程个数
int main()
{
g_nNum = 0;
HANDLE handle[THREAD_NUM];

int i = 0;
while(i < THREAD_NUM)
{
handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,Fun,&i,0,NULL);
Sleep(50);//some work should to do 
i++; //等子线程接收到参数时主线程可能改变了这个i的值 
}

//保证子线程已全部运行结束 
WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM,handle,TRUE,INFINITE);
return 0;
}

unsigned int __stdcall Fun(void *pPM)
{
//由于创建线程是要一定的开销的，所以新线程并不能第一时间执行到这来 
int nThreadNum = *(int *)pPM; //子线程获取参数 
/* Sleep(50);//some work should to do */ 
g_nNum++;//处理全局资源 
printf("线程编号为%d 全局资源值为%d\n",nThreadNum,g_nNum);
Sleep(0); //some work should to do 
return 0;
}

这样在我的电脑测试上就可以完成 你的要求了吧

21楼  温州的咸菜 2013-11-29 21:17发表 [回复]

学习了

20楼  温州的咸菜 2013-11-29 21:17发表 [回复]

学习了

19楼  wy223170wy 2013-11-27 21:00发表 [回复]

博主，这个主线程和子线程的同步问题不是十分了解，可否详细解释一下

18楼  lmnxjf 2013-09-15 21:46发表 [回复]

看完这一系列文章，应该对多线程编程有了更深的理解， 谢谢。无私奉献啊

17楼  继续微笑lsj 2013-08-28 21:55发表 [回复]

博主，我有个小疑问哈。你看：
while (i < THREAD_NUM) 
{ 
handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL); 
i++;//等子线程接收到参数时主线程可能改变了这个i的值 
} 
i是在不断递增的，即使破坏了原子操作，为什么会存在后面的线程输出的i比前面前程i还小呢

Re:  roke1993424 2014-04-22 10:36发表 [回复]

回复继续微笑lsj：线程的执行顺序是不可预测的，获得较大的pPM的线程可能先输出

16楼  江南烟雨 2013-04-22 12:37发表 [回复]

LZ会linux的多线程编程么？能否讲下linux方面的东西？

15楼  skyandcode 2013-03-26 23:17发表 [回复]

楼主，看到你这篇文章，按你的思路写了一个例子，确发现一个奇怪的现象：


#include "stdafx.h"
#include
#include
#include
using namespace std;

int num=0; 
const int threadNum=10;
unsigned int _stdcall ThreadFunc(void *lpParam)
{
//注意到一下两行注释的代码，按没注释的运行结果是正常的。 但是如果用注释的那两行，每次线程编号都几乎是10这个编号，初学多线程，望解惑。
//int*i=(int*)lpParam;
int i=*(int*)lpParam;
Sleep(50);
num++;
Sleep(0);
//cout<<"编号为："<<*i<<"的线程输出"< cout<<"编号为："< return 0;
}

int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HANDLE hThread[threadNum];
int i=0;
for(int i=0;i {
hThread[i]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,ThreadFunc,&i,0,NULL);

}

WaitForMultipleObjects(threadNum,hThread,TRUE,INFINITE);

return 0;
}

Re:  ws_thinker 2014-07-15 11:10发表 [回复]

回复skyandcode：你这个不算同步，只能算是等待其完成

14楼  绿 2012-10-16 22:09发表 [回复]

我是新手，想问为什么代码中没有把所有句柄关闭啊。不是一直说createThrea（）d后要调用closehandle（）吗或者biginthread后要exitthread啊

13楼  donganmo 2012-10-05 11:05发表 [回复]

学习中

12楼  铭毅天下 2012-08-27 23:50发表 [回复]

 int main()
 {
     g_nNum = 0;
     HANDLE  handle[THREAD_NUM];

     int i = 0;
     while (i < THREAD_NUM)
     {
         handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL);
     //  i++;//等子线程接收到参数时主线程可能改变了这个i的值
         InterlockedIncrement((PLONG)&i);    //改动1,确保原子操作
         Sleep(10);                          //改动2，实质这改变了原意，阻塞进程运行了.
     }
     //保证子线程已全部运行结束
     WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
     return 0;
 }

 unsigned int __stdcall Fun(void *pPM)
 {
     //由于创建线程是要一定的开销的，所以新线程并不能第一时间执行到这来
     int nThreadNum = *(int *)pPM; //子线程获取参数
     Sleep(50);//some work should to do
 //  g_nNum++;  //处理全局资源
     InterlockedIncrement((PLONG)&g_nNum);   //改动3确保原子操作.
     Sleep(0);//some work should to do
     printf("线程编号为%d  全局资源值为%d\n", nThreadNum, g_nNum);
     return 0;
 }

在源代码是修改了三处操作（修改1，2，3）能完成题目要求的操作。只是应用楼主第3讲的interlocket确保原子操作。
核心也是考点的应该是CrticalSection，semaphore，mutex，Event下面几章的内容。

11楼  cargod 2012-05-30 17:38发表 [回复]

用过互斥量来实现程序的独例运行

防止用户将程序起两遍

10楼  土官 2012-04-25 22:46发表 [回复]

博主从事的是windows下的开发呀。

Re:  MoreWindows 2012-04-26 12:16发表 [回复]

回复土官：是呀。

9楼  wenke311 2012-04-22 14:18发表 [回复]

好好好

8楼  liuweiweiwei 2012-04-13 19:24发表 [回复]

有没有什么经典的书籍啊，介绍多线程的

7楼  MoreWindows 2012-04-11 09:10发表 [回复]

《秒杀多线程系列之 经典线程同步 关键段CS》和
《秒杀多线程系列之 经典线程同步 事件Event》都已经发布了，欢迎大家参阅。

6楼  zwgdft 2012-04-11 08:48发表 [回复]

如果采用i的值传递也就不会引起第一个问题了，采用地址传递则需要Event同步，建议LZ将两个做个对比，更有启发性。

Re:  ws_thinker 2014-07-15 13:04发表 [回复]

回复zwgdft：你好，请问，线程间怎么实现值传递，而不是地址传递？谢谢

Re:  MoreWindows 2012-04-11 09:12发表 [回复]

回复zwgdft：后面有四个对比。

5楼  NPC燕 2012-04-10 23:11发表 [回复]

期待中

4楼  好人吗 2012-04-10 21:51发表 [回复]

期待。收藏了

3楼  风吹雪散 2012-04-10 17:41发表 [回复]

不是吧，这应该跟 互斥和 信号量 一起做成一篇对比的文章比较好吧。。

Re:  MoreWindows 2012-04-10 19:00发表 [回复]

回复风吹雪散：后面还有四篇分别是关键段，事件，互斥量，信号量，这四篇都比较长，合并在一起我自己都会看晕。

Re:  夜影如歌 2012-04-10 20:01发表 [回复]

回复MoreWindows：哈哈哈，偷个乐，十分期待，，加油加油！

2楼  jianshiku 2012-04-10 10:30发表 [回复]

Waiting。。。

1楼  yshisx 2012-04-10 10:17发表 [回复] [引用] [举报]

期待！

Re:  MoreWindows 2012-04-10 10:21发表 [回复] [引用] [举报]

回复yshisx：关键段和事件明天发布