線程是一個(gè)執(zhí)行單元，由其程序計(jì)數(shù)器、堆棧和一組寄存器組成。人們總是混淆線程和進(jìn)程，區(qū)別很簡(jiǎn)單，進(jìn)程提供執(zhí)行程序所需的資源，而線程是進(jìn)程內(nèi)可以調(diào)度執(zhí)行的實(shí)體。線程比進(jìn)程有很多優(yōu)點(diǎn)，主要的優(yōu)點(diǎn)是，線程通過(guò)并行改進(jìn)應(yīng)用程序。我們將利用這個(gè)并行概念來(lái)編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的 C 并理解為什么我們需要線程同步。

讓我們編寫(xiě)一個(gè)具有單線程的簡(jiǎn)單 C 程序。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
volatile long int a = 0;
int main()
{
    int i;
    a = 0;
    for(i = 0; i < 100000; i++)
    {
        a = a + i;
    }
    printf("%ld\n",a);
    return 0;
}

上面的代碼很簡(jiǎn)單，它是單線程的，不用擔(dān)心并行性。當(dāng)我們執(zhí)行并運(yùn)行上面的代碼時(shí)，我們每次都會(huì)得到4999950000。該代碼具有三個(gè)主要的機(jī)器代碼指令。

LDR R0, a              
ADD R0, R0, R1
STR R0, a

現(xiàn)在讓我們稍微修改一下多線程的代碼，看看它的行為。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
volatile long int a = 0;
pthread_mutex_t aLock;
void threadFunc()
{
    int i;
    for (i = 1; i < 200000 ; i++)
    {
        a = a + 1;
    }
}
void threadFunc2()
{
    int i;
    for(i = 200000; i <= 500000; i++)
    {
        a = a + i;
    }
}
int main()
{
    pthread_t th_one, th_two; 
    int i;
    a = 0;
    pthread_create(&th_one, NULL, (void*)&threadFunc, NULL);  // Create a new thread for threadFunc
    pthread_create(&th_two, NULL, (void*)&threadFunc2, NULL); // Create a new thread for threadFunc2
    pthread_join(th_one, NULL);  // waiting to join thread "th_one" without status
    pthread_join(th_two, NULL);  // waiting to join thread "th_two" without status
    printf("%ld\n",a);
    return 0;
}

我們創(chuàng)建了兩個(gè)新線程threadFunc和threadFunc2。讓我們用命令編譯上面的代碼

$ gcc -pthread m_thread.c -o m_thread

當(dāng)我們多次運(yùn)行二進(jìn)制 m_thread 時(shí)，我們會(huì)看到類似這樣的內(nèi)容

令我們驚訝的是，輸出是不確定的。那么，造成這種奇怪現(xiàn)象的原因可能是什么?為什么我的電腦會(huì)這樣?答案是，我們沒(méi)有處理線程同步。讓我們了解為什么會(huì)發(fā)生這種情況。

在 SC1 中，'a' 被加載到 th1 的本地內(nèi)存中，然后它執(zhí)行操作并存儲(chǔ)回主內(nèi)存。類似地，在 SC2 中，'a' 被加載到 th2 的本地內(nèi)存中，并在操作后存儲(chǔ)回主內(nèi)存?，F(xiàn)在，在 SC3 'a' 由 th1 和 th2 獲取，因?yàn)闆](méi)有線程同步，因此我們可以看到 th1 存儲(chǔ)的值丟失了，操作后基本上由 th2 更新。這是我為我們的理解添加的一個(gè)結(jié)果。然而，每次我們朗姆酒二進(jìn)制可執(zhí)行文件時(shí)，后臺(tái)都會(huì)發(fā)生許多這樣的后果，導(dǎo)致不同的輸出。

現(xiàn)在，我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)進(jìn)程同步?一種方法是使用互斥鎖。請(qǐng)參閱下面的修改示例。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#include <unistd.h>
volatile long int a = 0;
pthread_mutex_t aLock;
void threadFunc(void* arg)
{
    int i;
    for (i = 1; i < 200000 ; i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&aLock); // Lock a mutex for a
        a = a + 1;
        pthread_mutex_unlock(&aLock); // Unlock a mutex for a
    }
}
void threadFunc2(void *arg)
{
    int i;
    for(i = 200000; i <= 500000; i++)
    {
        pthread_mutex_lock(&aLock); // Lock a Mutex for a
        a = a + i;
        pthread_mutex_unlock(&aLock); // Unlock a mutex for a
    }
}
int main()
{
    pthread_t th_one, th_two; 
    int i;
    a = 0;
    pthread_create(&th_one, NULL, (void*)&threadFunc, NULL);  // Create a new thread for threadFunc
    pthread_create(&th_two, NULL, (void*)&threadFunc2, NULL); // Create a new thread for threadFunc2
    pthread_join(th_one, NULL);  // waiting to join thread "one" without status
    pthread_join(th_two, NULL);  // waiting to join thread "two" without status
    printf("%ld\n",a);
    return 0;

當(dāng)我們執(zhí)行上述二進(jìn)制文件時(shí)，我們每次運(yùn)行都會(huì)得到相同的輸出。

在這種方法中，在代碼的入口部分，在臨界區(qū)內(nèi)修改和使用的關(guān)鍵資源上獲取一個(gè) LOCK，并在退出部分釋放 LOCK。由于資源在進(jìn)程執(zhí)行其臨界區(qū)時(shí)被鎖定，因此其他進(jìn)程無(wú)法訪問(wèn)它。

以上就是多線程同步的例子，大家若想了解更多相關(guān)信息，可以關(guān)注一下動(dòng)力節(jié)點(diǎn)的Java多線程編程教程，里面有更詳細(xì)的知識(shí)可以學(xué)習(xí)，希望對(duì)大家能夠有所幫助。