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原子操作 Interlocked系列函数

2018年06月08日 ⁄ 综合 ⁄ 共 2149字 ⁄ 字号 评论关闭

下面是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:

#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;
}

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__cdeclInterlockedIncrement(LONG volatile* Addend);

LONG__cdeclInterlockedDecrement(LONG volatile* Addend);

返回变量值运算后与0比较的值,等于0返回0,大于0返回正数,小于0返回负数。

LONG__cdec InterlockedExchangeAdd(LONG volatile* AddendLONGValue);

返回运算后的值,注意!加个负数就是减。

 

2.赋值操作

LONG__cdeclInterlockedExchange(LONG volatile* TargetLONGValue);

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下面的就可以了

DWORD WINAPI ThreadFun(void *pPM)
{
	Sleep(100);//some work should to do
	//g_nLoginCount++;
	InterlockedIncrement((LPLONG)&g_nLoginCount);
	Sleep(50);
	return 0;
}

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MSDNSynchronization
Functions
这一章节,地址为 http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/aa909196.aspx

原文地址:http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7429155

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