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线程安全学习

news 2025/7/17 0:54:29

1 什么是线程

线程是cpu调度的最小单位，在Linux 下实现线程的方式为轻量级进程，复用进程的结构体，使用clone函数创建

2 线程安全

所谓线程安全，更确切的应该描述为内存安全

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
int a=1;
void* myfun(){for(int i=0;i<10000;i++){a++;}
}int main(){pthread_t t1, t2;
pthread_create(&t1, NULL,myfun, (void*)1);
pthread_create(&t2, NULL, myfun, (void*)2);
pthread_join(t1, NULL);
pthread_join(t2, NULL);}

上述代码按照预期应该是 a++20000次，而执行结果却与预期不符，这就是典型的线程不安全

产生原因也很简单，在现代操作系统下 cpu并不是直接访问内存，每个cpu核心都有一个独立的L0 L1 缓存，以及共享的L2 缓存，在线程1 将 a 从主存写入缓存时，进行++操作，此时a +1 并未回写至主存，此时线程2 去主存中读取的值仍然为1，并且 ++操作也非原子操作，多种可能都会导致结果不符合预期

如何实现线程安全

实现的方式有很多种

最简单常见的为使用二进制信号量或者mutex,例如

#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>//sem_t semaphore;//定义信号量
pthread_mutex_t mutex;
int a=1;
void* myfun(){for(int i=0;i<10000;i++){
pthread_mutex_lock(&mutex);
//sem_wait(&semaphore);a++;
pthread_mutex_unlock(&mutex);
//sem_post(&semaphore);
return NULL;}
}int main(){//sem_init(&semaphore, 0, 1);
pthread_t t1, t2;
pthread_create(&t1, NULL,myfun, (void*)1);
pthread_create(&t2, NULL, myfun, (void*)2);
pthread_join(t1, NULL);
pthread_join(t2, NULL);//sem_destroy(&semaphore);
pthread_mutex_destroy(&mutex)}

semaphore 与 mutex 在底层由硬件cpu的原子指令以及缓存一致性协议与内存屏障保证其原子性

二者简单差异为 semaphore 竞争失败时线程处于自旋状态，而mutex则让出cpu,增加了更多的上线文切换

在java 中常见的 synchronized 以及LOCK 都是使用mutex实现，例如

public class createFun {public static final Integer integer =1;public static int a=0;public static void main(String[] args) throws Exception{Thread t1= new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {add();}});Thread t2= new Thread(new Runnable() {@Overridepublic void run() {add();}});t1.start();t2.start();t1.join();t2.join();System.out.println("a="+a);}public  static void add(){for(int i=0;i<10000;i++) {synchronized (integer) {a++;}}}
}