Linux C/C++ 开发（学习笔记四）：多线程并发
一、多线程计数
背景：
火车抢票，总共10个窗口，每个窗口都同时进行10w张抢票
可以采用多线程的方式，火车票计数是公共的任务
#include<pthread.h>//posix线程
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define THREAD_COUNT 10 //定义线程数10
//线程入口函数
void* thread_callback(void* arg){
int* pcount=(int*)arg;
int i=0;
while(i++<100000){
(*pcount)++;
usleep(1);//单位微秒
}
}
//10个窗口，同时对count进行++操作
int main(){
pthread_t threadid[THREAD_COUNT]={0};//初始化线程id
int count=0;
for(int i=0;i<THREAD_COUNT;i++){//创建10个线程
//第一个参数：返回线程。 第二个参数：线程的属性（堆栈）。第三个：线程的入口函数。第四个：主线程往子线程传的参数
pthread_create(&threadid[i],NULL,thread_callback,&count);//count是传入thread_callback内的
}
for(int i=0;i<100;i++){
printf("count: %d\n",count);
sleep(1);//单位秒
}
}
虽然包含了线程的头文件<pthread.h>，可是编译的时候却报错“对pthread_create未定义的引用“，原来时因为 pthread库不是Linux系统默认的库，连接时需要使用库libpthread.a,所以在使用pthread_create创建线程时，在编译中要加-lpthread参数
可以使用下面方法编译
g++ thread_count.cpp -o thread_count -lpthread
执行后，发现，按理说要执行到100w,可是停到99w多就结束了。
二、发现问题
理想状态，线程应该是这样的
但实际上存在，执行完线程1MOV操作后，线程1切换到线程2。导致两个线程的操作，本应该50->52，但是结果确实50->51
count是一个临界资源（两个线程共享一个变量），因此为了避免上述这种情况发生，要加锁
三、互斥锁
当一个线程在执行一个指令的时候，另一个线程进不来。
相当于把count++转化为汇编的3行命令给打包在一起。
定义互斥锁
pthread_mutex_t mutex;//定义互斥锁
初始化互斥锁
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//互斥锁初始化（第二个参数是 锁的属性）
加锁/解锁
//加了互斥锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
(*pcount)++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
完整代码
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define THREAD_COUNT 10
pthread_mutex_t mutex;//定义互斥锁
void* thread_callback(void* arg){
int* pcount=(int*)arg;
int i=0;
while(i++<100000){
#if 0
(*pcount)++;
#else
//加了互斥锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
(*pcount)++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
#endif
usleep(1);//单位微秒
}
}
//10个窗口，同时对count进行++操作
int main(){
pthread_t threadid[THREAD_COUNT]={0};//初始化线程id
pthread_mutex_init(&mutex,NULL);//互斥锁初始化（第二个参数是 锁的属性）
int count=0;
for(int i=0;i<THREAD_COUNT;i++){//创建10个线程
//第一个参数：返回线程。 第二个参数：线程的属性（堆栈）。第三个：线程的入口函数。第四个：主线程往子线程传的参数
pthread_create(&threadid[i],NULL,thread_callback,&count);//count是传入thread_callback内的
}
for(int i=0;i<100;i++){
printf("count: %d\n",count);
sleep(1);//单位秒
}
}
四、自旋锁
在写法上和互斥锁基本上没有差别
定义自旋锁
pthread_spinlock_t spinlock;//定义自旋锁
初始化自旋锁
pthread_spin_init(&spinlock,PTHREAD_PROCESS_SHARED);//自旋锁初始化（第二个参数是 进程共享）
自旋锁（加锁/解锁）
//加了自旋锁
pthread_spin_lock(&spinlock);
(*pcount)++;
pthread_spin_unlock(&spinlock);
完整代码
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define THREAD_COUNT 10
// pthread_mutex_t mutex;
pthread_spinlock_t spinlock;//定义自旋锁
void* thread_callback(void* arg){
int* pcount=(int*)arg;
int i=0;
while(i++<100000){
#if 0
(*pcount)++;
#elif 0
//加了互斥锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
(*pcount)++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
#else
//加了自旋锁
pthread_spin_lock(&spinlock);
(*pcount)++;
pthread_spin_unlock(&spinlock);
#endif
usleep(1);
}
}
int main(){
pthread_t threadid[THREAD_COUNT]={0};
// pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
pthread_spin_init(&spinlock,PTHREAD_PROCESS_SHARED);//自旋锁初始化（第二个参数是 进程共享）
int count=0;
for(int i=0;i<THREAD_COUNT;i++){
pthread_create(&threadid[i],NULL,thread_callback,&count);
}
for(int i=0;i<100;i++){
printf("count: %d\n",count);
sleep(1);//单位秒
}
}
五、互斥锁和自旋锁的对比
自选锁的介绍
当锁的内容很少的时候，继续等待的时间代价比 线程切换的时间代价更小的 时候，选择使用自旋锁。
锁的内容比较多的时候，使用互斥锁。（比如，线程安全的红黑树，可以使用mutex）
也就是说：
锁的内容少-》用自旋锁
锁的内容多-》用互斥锁
六、原子操作
如果把这三条指令变成一条，那么就不会出现，这种问题了。
原子操作：单条cpu指令实现
完整代码
#include<pthread.h>
#include<stdio.h>
#include<unistd.h>
#define THREAD_COUNT 10
// pthread_mutex_t mutex;
// pthread_spinlock_t spinlock;
//用一个函数去实现
int increase(int *value,int add){
int old;
__asm__ volatile(
"lock;xaddl %2,%1;"
:"=a"(old)
:"m"(*value),"a"(add)
:"cc","memory"
);
return old;
}
void* thread_callback(void* arg){
int* pcount=(int*)arg;
int i=0;
while(i++<100000000){
#if 0
(*pcount)++;
#elif 0
//加了互斥锁
pthread_mutex_lock(&mutex);
(*pcount)++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
#elif 0
//加了自旋锁
pthread_spin_lock(&spinlock);
(*pcount)++;
pthread_spin_unlock(&spinlock);
#else
//原子操作
increase(pcount,1);
#endif
usleep(1);
}
}
int main(){
pthread_t threadid[THREAD_COUNT]={0};
// pthread_mutex_init(&mutex,NULL);
// pthread_spin_init(&spinlock,PTHREAD_PROCESS_SHARED);//自旋锁初始化（第二个参数是 进程共享）
int count=0;
for(int i=0;i<THREAD_COUNT;i++){
pthread_create(&threadid[i],NULL,thread_callback,&count);
}
for(int i=0;i<100;i++){
printf("count: %d\n",count);
sleep(1);//单位秒
}
}
七、其他：CAS
CAS
