Linux之多线程以及多线程并发访问同一块内存的处理问题

为什么需要多线程?

  • 并行实体共享同一个地址空间和所有可用数据 的这种能力是多进程锁无法表达的,因为多进程具有不同的地址空间;
  • 线程比进程更加轻量级,更加快速;
  • 需要大量IO处理和计算时,拥有多线程,能够很明显地提升性能;
  • 在多CPU系统中,多线程是有益的,在这样的系统中,能够真正实现物理上的多线程并行运行;

之前我们学习了线程库内置函数的一些使用,接下来我们来讨论多线程在并发执行过程中的一些问题,我们采取访问同一块内存的方式来探究。

多线程的优点

  • 加快程序响应速度;
  • 当前无需要处理的任务时,可将处理器时间让给其他任务;
  • 占用大量处理时间的任务可以定期将处理器时间让给其他任务;
  • 可以随时停止任务;
  • 可以分别设置各个任务的优先级以优化性能;

最佳应用场景

  • 耗时或大量占用处理器的任务阻塞用户界面操作;
  • 各个任务必须等待外部资源;(如远程连接或INternet连接)

多线程的缺点

  • 等候使用共享资源时会使得程序的运行速度变慢,这些共享资源主要是独占性资源,如打印机;
  • 对线程进行管理需要额外的CPU开销;
  • 线程的死锁,即较长时间等待或资源竞争,
  • 对公有变量的同时读或写往往会产生无法预知的错误

验证思路

对同一个全局变量(初始值为0),使用五个线程函数进行++操作,每个线程函数++1000次,因此,我们5个线程就应该++5000次,最后该全局变量的值应该为5000。

然而不同次的尝试执行,却发现最终wg的值有时候是5000,有时候又是4997,4998。 

原因是:

我们对wg++,并不是原子操作,转换为指令,有多条指令构成,计算机执行的二进制的指令对变量的自增这一操作分了很多步骤,比如有两条线程对wg++

但是++不是一下子可以完成,先将val读过来,再++,再读回去,这个操作还没结束,另外一个线程也把wg读过来,++,再读回去。有可能两个线程对wg=1;进行加加,最后值却为2。

我们不能仅仅停留在代码层面考虑问题,我们还需要考虑代码运行的环境,观察我们虚拟机的设置发现:有4个处理器,至少有两个处理器有处理其他线程,存在一个线程放在2个处理器上的情况,同时访问,出现小于5000的概率比较高,这也是因为并行执行引起的。

调成1个处理器,此时的5个线程,只有1个线程执行,其余4个肯定没有执行,不出现同时执行两个线程的情况。

出现小于5000的概率很小(这个原因是,把val值1读过来,还没来得及++回去,这个时候时间片到了,发生了切换,换到其余线程,读过来还是1,加加,现场恢复,还是1进行加加,这种场景出现的概率非常小)1个处理器不能并行的。

总结

作者:Dutkig原文地址:https://blog.csdn.net/qq_44824574/article/details/123299819

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