小明思考

高性能服务器端计算
posts - 70, comments - 428, trackbacks - 0, articles - 0
  C++博客 :: 首页 :: 新随笔 :: 联系 :: 聚合  :: 管理

什么才是多线程安全的

Posted on 2006-01-12 17:45 小明 阅读(21056) 评论(23)  编辑 收藏 引用 所属分类: C/C++Win32
对于多线程编程,很多人概念不清,写代码的时候要么是处处加锁,影响性能不说,还容易莫名其妙的死锁,还有人对多线程敬而远之。

所以学习多线程编程最重要的不是学习API,而是理解什么才是多线程安全的代码

从例子说起

#include <windows.h>
#include 
<process.h>

long global1 = 0;
volatile long global2 = 0;

class MyClass
{
public:
    MyClass() : m(
0)
    {
        
++m;
    }

    
int fun(int v)
    {
        
return m+v; //-----------9
    }

    
void set(int v)
    {
        m 
= v;   //-------------10
    }
    
int m;
};

MyClass global_object; 
//-------------8

unsigned 
int __stdcall thread_fun1(void *param)
{
    
static int static2 = 0;
    
static MyClass static_object; //--------6
    int local1 = 0;
    
    
++local1;     //-------1
    ++static2;    //-------2
    ++global1;    //-------3
    ++global2;    //-------4
    InterlockedIncrement(&global1); //--------5

    local1 
= global_object.fun(local1); //----------7

    global_object.
set(local1); //---------------11

    
return 0;
}


unsigned 
int __stdcall thread_fun2(void *param)
{
    
++global1;    //-------3
    ++global2;    //-------4
    InterlockedIncrement(&global1); //--------5

    global_object.
set(1); //-----------11
    return 0;
}


int main()
{
    HANDLE thread1 
= (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun1,0,0,0); //thread 1
    HANDLE thread2 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun1,0,0,0); //thread 2
    HANDLE thread3 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun2,0,0,0); //thread 3
    
    WaitForSingleObject(thread1,INFINITE);
    WaitForSingleObject(thread2,INFINITE);
    WaitForSingleObject(thread3,INFINITE);
    
    
return 0;
}



1.局部变量局部使用是安全的
为什么?因为每个thread 都有自己的运行堆栈,而局部变量是生存在堆栈中,大家不干扰。
所以代码1
int local1;
++local1;
是安全的

2.全局原生变量多线程读写是不安全的
全局变量是在堆(heap)中
long global1 = 0;
++global2;
++这个操作其实分为两部,一个是读,另外一个是写
 mov         ecx,global
 add         ecx,1
 mov         global,ecx
所以代码3处是不安全的

3.函数静态变量多线程读写也是不安全的
道理同2
所以代码2处也是不安全的

4.volatile能保证全局整形变量是多线程安全的么
不能。
volatile仅仅是告诫compiler不要对这个变量作优化,每次都要从memory取数值,而不是从register
所以代码4也不是安全

5.InterlockedIncrement保证整型变量自增的原子性
所以代码5是安全的

6.function static object的初始化是多线程安全的么
不是。
著名的Meyer Singleton其实不是线程安全的
Object & getInstance()

     static Object o;
     return o;
}
可能会造成多次初始化对象
所以代码6处是不安全的

7.在32机器上,4字节整形一次assign是原子的
比如
i =10; //thread1
i=4; //thread2
不会导致i的值处于未知状态,要么是10要么是4

其它的大家自己去体会。

写好多线程安全的法宝就是封装,使数据有保护的被访问到
安全性:
局部变量>成员变量>全局变量

Feedback

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-01-18 08:06 by nanami
关于栈和堆的问题,并不一定在堆上的都是不安全的。
type struct _abc
{
int a;
int b;
int c;
}abc, *pabc;

abc myabc;
pabc pmyabc = new myabc;

两个变量myabc和pmyabc的对象所在就完全不同,使用new会在堆栈上分配,而直接声明变量会在堆上分配。堆比较小,而栈大,对于一些比较庞大的类对象,一般都要在堆栈上分配,但是堆栈的性能逊于堆的性能,小对象例如int阿什么的都是直接在堆上生成。每个线程有自己的独立的堆和栈。全局变量在公共堆上生成,所以不安全。而对线程独立的堆和栈,都是线程安全,互不相干的。

操作线程尽量使用EnterCriticalSection和LeaveCriticalSection,性能要比Mutex强,尤其是大量锁定和解锁尤为明显。

# to:nanami  回复  更多评论   

2006-01-18 10:09 by 小明
先澄清一下名词
堆:heap
栈(堆栈):stack

我没说在heap上面都是不安全的阿

其实不管在stack还是heap,说到底也不果是一个普通的内存地址,没特殊的地方,只要是多个thread不加锁的读写都会引起性能问题。

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-01-18 14:43 by vender
to nanami:

一些问题,与你商榷,从你的发言看,对于堆和栈你恰恰搞反了,你提到

“使用new会在堆栈上分配”
——确切的说是堆(heap)上(当然重载new的行为者不一定)

“而直接声明变量会在堆上分配”
——全局域(如任何函数、类外定义的变量)和静态变量(如有static指示符的)分配(确切的说是映射)在静态存储区(大致可以认为和可执行代码运行时内存区域相当),动态分配发生在堆(heap)上(前提是没有重载new等分配操作符),局部变量在栈(stack)上分配

“堆比较小,而栈大”
——这么说有点没谱,大小不是堆和栈的区别,一般而言栈大小确定,栈一旦建立大小就固定了,因此会发生溢出,而堆则可以随时向操作系统申请更多,

“对于一些比较庞大的类对象,一般都要在堆栈上分配”
——由上一点可知,应该是“对于一些比较庞大的类对象,一般都要在堆而不是在栈上分配”

“堆栈的性能逊于堆的性能,小对象例如int阿什么的都是直接在堆上生成”
——本质上没什么性能差异,最多也就是由于堆上的内存总是只能通过指针和引用来访问,需要多做一次内存寻址而已

“每个线程有自己的独立的堆和栈。全局变量在公共堆上生成,所以不安全。而对线程独立的堆和栈,都是线程安全,互不相干的。”
——安全不安全全看该对象是否是“临界资源”(参看操作系统书籍),而不论是在哪里分配的,小明兄的一句话至为妥当:“其实不管在stack还是heap,说到底也不果是一个普通的内存地址,没特殊的地方,只要是多个thread不加锁的读写都会引起性能问题。”,当然小明兄所指“性能问题”肯定是笔误,我想他指的是“安全问题”

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-01-21 15:05 by tony
同意楼上说的!

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-02-27 11:27 by 恋花蝶
nanami

你什么都说反了,我真是汗你的基础啊.....

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-03-02 23:19 by 路人乙
2006-01-18 14:43 by vender
说的基本完全正确(这句话语意有问题哈~)

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-03-04 20:18 by hsen
2.全局原生变量多线程读写也不一定是不安全的,只要把代码改成这个样子就安全了
假设 struct T
T* global_t;

线程代码这样
T* nt = new T;
T* temp = & global_t;
do{
memcpy(nt, global_t, sizeof(T));
//修改
}while(!CAS(&global_t, temp, nt));

CAS 可以用 xchgcmp 指令来实现

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-04-26 17:47 by noflybird
使用多线程 锁是不可避免的。
锁为了达到数据的共享操作。很简单的 读写问题。
至于你们讨论的基础。。我就不多发表言论了。

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-05-17 16:54 by anonymous
不知道的就别说,不肯定的也别说,省的误导别人。

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-06-16 13:55 by 路人甲
多线程 加锁 读写....

如果只是读呢?比如 全局对象List,读取 list.count,如果不加锁安全么?

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-06-22 17:51 by wu
读不会不安全,但会读到过时的东西.

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-07-10 16:12 by 新来的
搂主的基础概念,真一个“汗”字。

楼上的,你说“读不会不安全,但会读到过时的东西”,这个说法是个伪命题,呵呵!试问什么时候才不过时呢?没有答案的。

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-07-15 11:23 by 路人乙
拜托先搞清楚概念再来讲,这篇文章还是撤了吧,正如楼上有人提到的,“什么都说反了”,虽然有点夸张,但起码Heap以及Stack这两个这么基础的概念确实讲反了……地球太危险,我还是回火星吧

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-07-15 12:44 by 小明
我这篇文章说的一些概念,我自认为是正确的,虽然写得有些乱。
拜托大家如果有异议,可以引用并指出错误的地方,不要简单的说错了。

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2006-11-28 20:53 by s778025
探讨使问题认识深刻...
大家要敢说...
多说才好...

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2007-09-17 02:15 by bryanj
我觉得楼主说得很好,很适合初学者。又没有什么错误。

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2007-09-21 17:25 by yoyolion
我没发现楼主哪里有基础不好的问题,请教路人乙来讲一讲

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2008-12-11 14:33 by 旁观者
楼主写的很好啊,没有什么错误

倒是哪个nanami一知半解,胡说八道
概念都弄不清楚还跑来卖弄

而那个路人乙,也根本没搞清楚谁说了些什么,
就大放厥词,也是个混蛋

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2009-08-17 18:11 by maper
楼主的 基础那是相当的汗啊,对初学者绝对是误导啊 ,建议抓紧撤掉或者大修改再说

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2012-09-17 21:44 by 新手
幸亏看了评论 func

# re: 什么才是多线程安全的[未登录]  回复  更多评论   

2013-03-20 14:01 by 长风
再补充一个楼主的概念错误,线程安全是对于“一段代码”来说的,多个线程运行同一段代码才有的线程安全问题。

# re: 什么才是多线程安全的[未登录]  回复  更多评论   

2013-10-15 20:23 by Jason
楼上怎么这么多人瞎扯,不指出错误还发什么批评意见?

# re: 什么才是多线程安全的  回复  更多评论   

2014-01-13 16:46 by
学术问题请以学术态度来讨论
楼主说的没什么不对
那几个说错又不指不出错在哪的垃圾
请滚回你们火星

只有注册用户登录后才能发表评论。
【推荐】超50万行VC++源码: 大型组态工控、电力仿真CAD与GIS源码库
网站导航: 博客园   IT新闻   BlogJava   知识库   博问   管理