c - 这段多线程代码应该怎么理解?

Question

#include <stdio.h>#include <pthread.h>long count = 0;void *run(void *n) {  long i, nums = *((long *)n);  for (i = 0; i < nums; i++) {    count++;  }  return NULL;}void main() {  pthread_t t1, t2;  long nums = 100000;  pthread_create(&t1, NULL, run, &nums);  pthread_create(&t2, NULL, run, &nums);  pthread_join(t1, NULL);  pthread_join(t2, NULL);  printf("count = %d", count);}

如果我把 nums 设置为 10000,那么每次都准确输出 20000。或者设置的值比 10000 要少时也能准确输出。如果我把 nums 设置为 100000,那么每次输出的值都好像是随机的,范围在 100000 到 200000 之间。

如果是因为线程之间执行顺序的问题导致输出不确定,那为什么当值为 10000 时输出的值是比较确定的?

Answer 1

设置为10000或者更少的时候，执行时间短，另一个线程还没来得及和当前执行的线程竞争资源，当前执行的线程就执行完了。

Answer 2

个人理解和CPU调度有关

两个线程全局共享变量count；

1. 当nums <= 10000 时候，调度器可能把两次任务串行的放到同一个执行单元执行（线程Or？），不会产生数据竞争的情况，现在cpu的频率都是Ghz运行速度是很快的，是有这种可能的
2. 当nums > 10000 时候，调度器可能把两次任务串行的放到两个不同执行单元执行（线程Or？），基本就会产生数据竞争的情况，比如某一次调度过程中此时缓存中的count = 1000，调度器切换到p1执行，cpu读取count的值然后进行加法运算后count的是1001，接下来p1准备把这个值(1001)写会到缓存中时，调度器切换到p2执行了, 然后cpu再读取缓存中的值1000，然后进行加法运算准备把这次运算后的结果（1001）写回到缓存时，调度器又切换到了p1,然后p1把它的运算结果1001写会缓存，然后调度器这个时候又切换到了p2,然后p2又把它的运算结果1001也写会到了缓存此时尽管两个线程进行了2次加法运行但是结果却增加了一次 这就是值小于等于 20000的原因

有一本书写的特别清楚我给你找找：

这本数的第2章介绍并发的时候有详细介绍

另外一本是：
Is Parallel Programming Hard, And, If So, What Can You Do About It? (Release v2023.06.11a)

Answer 3

这种情况下，两个线程有对同一变量的未经同步的写操作，所以存在 data race 。

存在 data race 的情况下，语言并不保证程序的结果。

也许你换台机器、换个编译器、换个编译选项、等等，就又能看到不同的现象。

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对于貌似“确定”的结果，可能是由于在一个线程启动后，另一个线程还没有开始运行的很短的时间的，第一个线程的 10000 个循环已经做完了。所以两个线程对同一变量的操作实际并没有“重叠”。

当然也还可能有其它原因。

Answer 4

这段代码是一个简单的多线程程序，用于展示线程并发和增加全局变量的复杂行为。首先，我们先对代码进行简单解释。

#include <stdio.h> 和 #include <pthread.h> 是标准库的头文件，分别用于标准输入输出和 POSIX 线程操作。

long count = 0; 定义了一个全局的 long 类型变量 count 并初始化为 0。

void *run(void *n) 是一个线程函数，它接受一个 void 指针 n，然后将其转换为 long 指针，解引用得到 nums 的值，然后在循环中将 count 增加 nums 次。

void main() 是程序的主函数，其中：

• pthread_t t1, t2; 定义了两个线程的句柄。
• long nums = 100000; 定义并初始化了一个 long 类型的变量 nums，值为 100000。
• pthread_create(&t1, NULL, run, &nums); 和 pthread_create(&t2, NULL, run, &nums); 创建了两个线程，并启动它们运行 run 函数。
• pthread_join(t1, NULL); 和 pthread_join(t2, NULL); 是阻塞调用，等待线程 t1 和 t2 完成。
• 最后，程序输出 count 的值。

现在，让我们来看看程序的输出问题。当 nums 为 10000 时，每次都能准确输出 20000，这是因为两个线程每次都会将 count 增加 10000 次，所以总和是 20000。当 nums 的值比 10000 小时，结果也是准确的，因为两个线程增加的次数是固定的。

然而，当 nums 为 100000 时，输出是随机的。这是因为线程的调度是不确定的，可能存在一个线程先于另一个线程开始或结束的情况。这导致两个线程可能不会同时完成，因此输出的 count 值会在 100000 到 200000 之间波动。

此外，由于 count 是全局变量，没有进行同步操作（如互斥锁），所以当两个线程同时修改它时，可能会出现数据竞争（data race）。这可能是导致输出不稳定的原因之一。为了解决这个问题，可以使用互斥锁（如 pthread_mutex_t）来保护对 count 的访问。