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            小明思考

            高性能服務(wù)器端計(jì)算
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            什么才是多線程安全的

            Posted on 2006-01-12 17:45 小明 閱讀(21757) 評(píng)論(23)  編輯 收藏 引用 所屬分類: C/C++Win32
            對(duì)于多線程編程,很多人概念不清,寫代碼的時(shí)候要么是處處加鎖,影響性能不說(shuō),還容易莫名其妙的死鎖,還有人對(duì)多線程敬而遠(yuǎn)之。

            所以學(xué)習(xí)多線程編程最重要的不是學(xué)習(xí)API,而是理解什么才是多線程安全的代碼

            從例子說(shuō)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.局部變量局部使用是安全的
            為什么?因?yàn)槊總€(gè)thread 都有自己的運(yùn)行堆棧,而局部變量是生存在堆棧中,大家不干擾。
            所以代碼1
            int local1;
            ++local1;
            是安全的

            2.全局原生變量多線程讀寫是不安全的
            全局變量是在堆(heap)中
            long global1 = 0;
            ++global2;
            ++這個(gè)操作其實(shí)分為兩部,一個(gè)是讀,另外一個(gè)是寫
             mov         ecx,global
             add         ecx,1
             mov         global,ecx
            所以代碼3處是不安全的

            3.函數(shù)靜態(tài)變量多線程讀寫也是不安全的
            道理同2
            所以代碼2處也是不安全的

            4.volatile能保證全局整形變量是多線程安全的么
            不能。
            volatile僅僅是告誡compiler不要對(duì)這個(gè)變量作優(yōu)化,每次都要從memory取數(shù)值,而不是從register
            所以代碼4也不是安全

            5.InterlockedIncrement保證整型變量自增的原子性
            所以代碼5是安全的

            6.function static object的初始化是多線程安全的么
            不是。
            著名的Meyer Singleton其實(shí)不是線程安全的
            Object & getInstance()

                 static Object o;
                 return o;
            }
            可能會(huì)造成多次初始化對(duì)象
            所以代碼6處是不安全的

            7.在32機(jī)器上,4字節(jié)整形一次assign是原子的
            比如
            i =10; //thread1
            i=4; //thread2
            不會(huì)導(dǎo)致i的值處于未知狀態(tài),要么是10要么是4

            其它的大家自己去體會(huì)。

            寫好多線程安全的法寶就是封裝,使數(shù)據(jù)有保護(hù)的被訪問(wèn)到
            安全性:
            局部變量>成員變量>全局變量

            Feedback

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-01-18 08:06 by nanami
            關(guān)于棧和堆的問(wèn)題,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;

            兩個(gè)變量myabc和pmyabc的對(duì)象所在就完全不同,使用new會(huì)在堆棧上分配,而直接聲明變量會(huì)在堆上分配。堆比較小,而棧大,對(duì)于一些比較龐大的類對(duì)象,一般都要在堆棧上分配,但是堆棧的性能遜于堆的性能,小對(duì)象例如int阿什么的都是直接在堆上生成。每個(gè)線程有自己的獨(dú)立的堆和棧。全局變量在公共堆上生成,所以不安全。而對(duì)線程獨(dú)立的堆和棧,都是線程安全,互不相干的。

            操作線程盡量使用EnterCriticalSection和LeaveCriticalSection,性能要比Mutex強(qiáng),尤其是大量鎖定和解鎖尤為明顯。

            # to:nanami  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-01-18 10:09 by 小明
            先澄清一下名詞
            堆:heap
            棧(堆棧):stack

            我沒(méi)說(shuō)在heap上面都是不安全的阿

            其實(shí)不管在stack還是heap,說(shuō)到底也不果是一個(gè)普通的內(nèi)存地址,沒(méi)特殊的地方,只要是多個(gè)thread不加鎖的讀寫都會(huì)引起性能問(wèn)題。

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

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

            一些問(wèn)題,與你商榷,從你的發(fā)言看,對(duì)于堆和棧你恰恰搞反了,你提到

            “使用new會(huì)在堆棧上分配”
            ——確切的說(shuō)是堆(heap)上(當(dāng)然重載new的行為者不一定)

            “而直接聲明變量會(huì)在堆上分配”
            ——全局域(如任何函數(shù)、類外定義的變量)和靜態(tài)變量(如有static指示符的)分配(確切的說(shuō)是映射)在靜態(tài)存儲(chǔ)區(qū)(大致可以認(rèn)為和可執(zhí)行代碼運(yùn)行時(shí)內(nèi)存區(qū)域相當(dāng)),動(dòng)態(tài)分配發(fā)生在堆(heap)上(前提是沒(méi)有重載new等分配操作符),局部變量在棧(stack)上分配

            “堆比較小,而棧大”
            ——這么說(shuō)有點(diǎn)沒(méi)譜,大小不是堆和棧的區(qū)別,一般而言棧大小確定,棧一旦建立大小就固定了,因此會(huì)發(fā)生溢出,而堆則可以隨時(shí)向操作系統(tǒng)申請(qǐng)更多,

            “對(duì)于一些比較龐大的類對(duì)象,一般都要在堆棧上分配”
            ——由上一點(diǎn)可知,應(yīng)該是“對(duì)于一些比較龐大的類對(duì)象,一般都要在堆而不是在棧上分配”

            “堆棧的性能遜于堆的性能,小對(duì)象例如int阿什么的都是直接在堆上生成”
            ——本質(zhì)上沒(méi)什么性能差異,最多也就是由于堆上的內(nèi)存總是只能通過(guò)指針和引用來(lái)訪問(wèn),需要多做一次內(nèi)存尋址而已

            “每個(gè)線程有自己的獨(dú)立的堆和棧。全局變量在公共堆上生成,所以不安全。而對(duì)線程獨(dú)立的堆和棧,都是線程安全,互不相干的。”
            ——安全不安全全看該對(duì)象是否是“臨界資源”(參看操作系統(tǒng)書籍),而不論是在哪里分配的,小明兄的一句話至為妥當(dāng):“其實(shí)不管在stack還是heap,說(shuō)到底也不果是一個(gè)普通的內(nèi)存地址,沒(méi)特殊的地方,只要是多個(gè)thread不加鎖的讀寫都會(huì)引起性能問(wèn)題。”,當(dāng)然小明兄所指“性能問(wèn)題”肯定是筆誤,我想他指的是“安全問(wèn)題”

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-01-21 15:05 by tony
            同意樓上說(shuō)的!

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-02-27 11:27 by 戀花蝶
            nanami

            你什么都說(shuō)反了,我真是汗你的基礎(chǔ)啊.....

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-03-02 23:19 by 路人乙
            2006-01-18 14:43 by vender
            說(shuō)的基本完全正確(這句話語(yǔ)意有問(wèn)題哈~)

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-03-04 20:18 by hsen
            2.全局原生變量多線程讀寫也不一定是不安全的,只要把代碼改成這個(gè)樣子就安全了
            假設(shè) struct T
            T* global_t;

            線程代碼這樣
            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 指令來(lái)實(shí)現(xiàn)

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-04-26 17:47 by noflybird
            使用多線程 鎖是不可避免的。
            鎖為了達(dá)到數(shù)據(jù)的共享操作。很簡(jiǎn)單的 讀寫問(wèn)題。
            至于你們討論的基礎(chǔ)。。我就不多發(fā)表言論了。

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-05-17 16:54 by anonymous
            不知道的就別說(shuō),不肯定的也別說(shuō),省的誤導(dǎo)別人。

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-06-16 13:55 by 路人甲
            多線程 加鎖 讀寫....

            如果只是讀呢?比如 全局對(duì)象List,讀取 list.count,如果不加鎖安全么?

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-06-22 17:51 by wu
            讀不會(huì)不安全,但會(huì)讀到過(guò)時(shí)的東西.

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-07-10 16:12 by 新來(lái)的
            摟主的基礎(chǔ)概念,真一個(gè)“汗”字。

            樓上的,你說(shuō)“讀不會(huì)不安全,但會(huì)讀到過(guò)時(shí)的東西”,這個(gè)說(shuō)法是個(gè)偽命題,呵呵!試問(wèn)什么時(shí)候才不過(guò)時(shí)呢?沒(méi)有答案的。

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-07-15 11:23 by 路人乙
            拜托先搞清楚概念再來(lái)講,這篇文章還是撤了吧,正如樓上有人提到的,“什么都說(shuō)反了”,雖然有點(diǎn)夸張,但起碼Heap以及Stack這兩個(gè)這么基礎(chǔ)的概念確實(shí)講反了……地球太危險(xiǎn),我還是回火星吧

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-07-15 12:44 by 小明
            我這篇文章說(shuō)的一些概念,我自認(rèn)為是正確的,雖然寫得有些亂。
            拜托大家如果有異議,可以引用并指出錯(cuò)誤的地方,不要簡(jiǎn)單的說(shuō)錯(cuò)了。

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2006-11-28 20:53 by s778025
            探討使問(wèn)題認(rèn)識(shí)深刻...
            大家要敢說(shuō)...
            多說(shuō)才好...

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2007-09-17 02:15 by bryanj
            我覺(jué)得樓主說(shuō)得很好,很適合初學(xué)者。又沒(méi)有什么錯(cuò)誤。

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2007-09-21 17:25 by yoyolion
            我沒(méi)發(fā)現(xiàn)樓主哪里有基礎(chǔ)不好的問(wèn)題,請(qǐng)教路人乙來(lái)講一講

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2008-12-11 14:33 by 旁觀者
            樓主寫的很好啊,沒(méi)有什么錯(cuò)誤

            倒是哪個(gè)nanami一知半解,胡說(shuō)八道
            概念都弄不清楚還跑來(lái)賣弄

            而那個(gè)路人乙,也根本沒(méi)搞清楚誰(shuí)說(shuō)了些什么,
            就大放厥詞,也是個(gè)混蛋

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2009-08-17 18:11 by maper
            樓主的 基礎(chǔ)那是相當(dāng)?shù)暮拱。瑢?duì)初學(xué)者絕對(duì)是誤導(dǎo)啊 ,建議抓緊撤掉或者大修改再說(shuō)

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2012-09-17 21:44 by 新手
            幸虧看了評(píng)論 func

            # re: 什么才是多線程安全的[未登錄](méi)  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2013-03-20 14:01 by 長(zhǎng)風(fēng)
            再補(bǔ)充一個(gè)樓主的概念錯(cuò)誤,線程安全是對(duì)于“一段代碼”來(lái)說(shuō)的,多個(gè)線程運(yùn)行同一段代碼才有的線程安全問(wèn)題。

            # re: 什么才是多線程安全的[未登錄](méi)  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2013-10-15 20:23 by Jason
            樓上怎么這么多人瞎扯,不指出錯(cuò)誤還發(fā)什么批評(píng)意見?

            # re: 什么才是多線程安全的  回復(fù)  更多評(píng)論   

            2014-01-13 16:46 by
            學(xué)術(shù)問(wèn)題請(qǐng)以學(xué)術(shù)態(tài)度來(lái)討論
            樓主說(shuō)的沒(méi)什么不對(duì)
            那幾個(gè)說(shuō)錯(cuò)又不指不出錯(cuò)在哪的垃圾
            請(qǐng)滾回你們火星
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