Pthread 意外输出但结果不错

Question

我是 c 上 pthreads 的新手，所以我只是想用两个线程做一些基本程序，将一个整数递增直到它等于 10000，然后每个线程写入它递增整数的时间， principale 线程写入最终结果，在我的输出上最终结果很好（总是等于 10000）但是每个线程的增量时间是错误的，有人可以向我解释为什么会这样吗？

我的代码：

//Threads in C

/* Includes */
#include <unistd.h>     /* Symbolic Constants */
#include <sys/types.h>  /* Primitive System Data Types */ 
#include <errno.h>      /* Errors */
#include <stdio.h>      /* Input/Output */
#include <stdlib.h>     /* General Utilities */
#include <pthread.h>    /* POSIX Threads */
#include <string.h>     /* String handling */

void *T1 (void * par){
    int * cp = (int*)(par);
    printf("Thread 1 begin, counter equals %d \n",*cp);

    int f=0; 
    while((*cp)< 10000) {++(*cp);
                        f++;}
    printf("Thread 1 finished, i've incremented %d times \n",f);
    pthread_exit(NULL);
}
void *T2 (void * par){
    int * cp = (int*)(par);
    printf("Thread 2 begin, counter equals %d \n",*cp);

    int j=0; 
    while((*cp)< 10000) {++(*cp);
                        j++;}
    printf("Thread 2 finished, i've incremented %d times \n",j);
    pthread_exit(NULL);
}

int main(){
    pthread_t idT1, idT2;
    int counter = 0;
    if (pthread_create(&idT1, NULL, T1, &counter) != 0)
        printf("erreur creation");
    if (pthread_create(&idT2, NULL, T2, &counter) != 0)
        printf("erreur creation");
    pthread_join(idT1, NULL);
    pthread_join(idT2, NULL);
    printf(" Total = %d",counter);
    return 0;
}

示例输出：

Thread 1 begin, counter equals 0 
Thread 2 begin, counter equals 0 
Thread 1 finished, i've incremented 10000 times 
Thread 2 finished, i've incremented 8602 times 
 Total = 10000

Answer 1

您的程序存在数据竞争，因为您的两个线程在没有同步的情况下访问同一个共享变量，并且一些访问是写操作。因此，程序的行为是未定义的。您需要通过适当使用互斥锁、信号量或其他有效的同步机制来保护每个线程对共享计数器的访问（读取和写入）。或者，您可以使用原子类型的计数器。

Answer 2

当并发使用2个线程时，一个线程可以暂停，内核随时将上下文切换到另一个线程，我们无法预测2个线程之间代码执行的顺序。为简单起见，我将向您展示单核 CPU.

可能发生的情况

在 x86 中，计数器通过如下指令增加： ++(*cp);

movl    (0x80123468), %ecx
addl    , %ecx
movl    %ecx, (0x80123468)

&counter = (0x80123468)

假设线程1进入这段代码，计数器要加1。第一条指令是将计数器的当前值（假设它是 200）加载到寄存器 eax 中。因此，线程 1 的 eax=200。然后第二条指令将 1 加到寄存器；因此 eax=201。

现在发生了一些事情，使内核停止了线程 1 的操作（例如中断），然后将上下文切换到线程 2 到运行，并进入同一段代码。执行第1条指令，加载counter的值并放入自己的eax中（每个线程都有自己的寄存器），Thread2-eax =200，然后执行第2条指令，Thread2-eax = 201。然后执行第3条指令将值 201 存储到 &counter (0x80123468)。

之后发生上下文切换，Thread2暂停，Thread1再次运行s，继续执行第3条指令，将Thread1-eax值=201存入&counter(0x80123468)。

如你所见，当这种情况发生时，counter只增加1，而j和f都增加1（本来我们期望只有其中一个增加1，而不是两者都增加）如果计数器 = 10000，你的 while 循环就会中断，所以计数器可能是正确的，计数器增加了 10000 次（不总是，我看到一个场景它可以是 10001，但是它似乎很少发生，你可以尝试通过检查自己弄清楚((*cp)< 10000) 的汇编代码）。然而我们不知道j和f增加了多少次？

Pthread 意外输出但结果不错

Pthread unexpected output but good result

c

pthreads

thread-synchronization