秒杀多线程-原子操作Interlocked系列函数

本文转载自秒杀多线程秒杀多线程第三篇 原子操作 Interlocked系列函数

上一篇文章讲到一个多线程报数功能。为了描述方便和代码简洁起见，我们可以只输出最后的报数结果来观察程序是否运行出错。这也非常类似于统计一个网站每天有多少用户登录，每个用户登录用一个线程模拟，线程运行时会将一个表示计数的变量递增。程序在最后输出计数的值表示有今天多少个用户登录，如果这个值不等于我们启动的线程个数，那显然说明这个程序是有问题的。代码如下。

#include <stdio.h>
#include <process.h>
#include <windows.h>
volatile long g_nLoginCount; //登录次数
unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数
const int THREAD_NUM = 10; //启动线程数

unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
{
Sleep(100);
g_nLoginCount++;
Sleep(100);
return 0;
}

int main()
{
g_nLoginCount = 0;
HANDLE  handle[THREAD_NUM];
for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++) handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFun, NULL, 0, NULL);
WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
printf("有%d个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
return 0;
}

和上一篇的线程报数程序一样，程序输出的结果好像并没什么问题。下面我们增加点用户来试试，现在模拟50个用户登录，为了便于观察结果，在程序中将50个用户登录过程重复20次。代码如下。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
volatile long g_nLoginCount; //登录次数
unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数
const DWORD THREAD_NUM = 50; //启动线程数

DWORD WINAPI ThreadFun(void *pPM)
{
Sleep(100);
g_nLoginCount++;
Sleep(100);
return 0;
}

int main()
{
printf("     原子操作 Interlocked系列函数的使用\n");
printf(" -- by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows ) --\n\n");
//重复20次以便观察多线程访问同一资源时导致的冲突
int num = 20;
while (num--)
{
g_nLoginCount = 0;
int i;
HANDLE  handle[THREAD_NUM];
for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++) handle[i] = CreateThread(NULL, 0, ThreadFun, NULL, 0, NULL);
WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
printf("有%d个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
}
return 0;
}

现在结果水落石出，明明有50个线程执行了g_nLoginCount++操作，但结果输出是不确定的，有可能为50，但也有可能小于50。



在VS编译器中g_nLoginCount++这一句打一个断点，点击按钮Debug->Windows->DisAssambly即可看到汇编窗口。



第一条汇编将g_nLoginCount的值从内存中读取到寄存器eax中。

第二条汇编将寄存器eax中的值与1相加，计算结果仍存入寄存器eax中。

第三条汇编将寄存器eax中的值写回内存中。

这样由于线程执行的并发性，很可能线程A执行到第二句时，线程B开始执行，线程B将原来的值又写入寄存器eax中，这样线程A所主要计算的值就被线程B修改了。这样执行下来，结果是不可预知的——可能会出现50，可能小于50。因此在多线程环境中对一个变量进行读写时，我们需要有一种方法能够保证对一个值的递增操作是原子操作——即不可打断性，一个线程在执行原子操作时，其它线程必须等待它完成之后才能开始执行该原子操作。Windows系统为我们提供了一些以Interlocked开头的函数来完成这一任务(下文将这些函数称为Interlocked系列函数)。下面列出一些常用的Interlocked系列函数。

LONG__cdeclInterlockedIncrement(LONG volatile* Addend);

LONG__cdeclInterlockedDecrement(LONG volatile* Addend);

返回变量执行增减1操作之后的值。

LONG__cdec InterlockedExchangeAdd(LONG volatile* Addend, LONGValue);

返回运算后的值，加个负数就是减。

LONG__cdeclInterlockedExchange(LONG volatile* Target, LONGValue);

Value就是新值，函数会返回原先的值。

在本例中只要使用InterlockedIncrement()函数就可以了。

#include <stdio.h>
#include <windows.h>
volatile long g_nLoginCount; //登录次数
unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //线程函数
const DWORD THREAD_NUM = 50; //启动线程数

DWORD WINAPI ThreadFun(void *pPM)
{
Sleep(100);
InterlockedIncrement((LPLONG)&g_nLoginCount);
Sleep(100);
return 0;
}

int main()
{
printf("     原子操作 Interlocked系列函数的使用\n");
printf(" -- by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows ) --\n\n");
//重复20次以便观察多线程访问同一资源时导致的冲突
int num = 20;
while (num--)
{
g_nLoginCount = 0;
int i;
HANDLE  handle[THREAD_NUM];
for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++) handle[i] = CreateThread(NULL, 0, ThreadFun, NULL, 0, NULL);
WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
printf("有%d个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
}
return 0;
}

在VS编译器中InterlockedIncrement((LPLONG)&g_nLoginCount)这一句打一个断点，点击按钮Debug->Windows->DisAssambly即可看到汇编窗口。



LOCK指令的目的操作数是内存操作数，前缀会设置处理器的LOCK#信号使总线锁定，阻止其他处理器接管总线访问内存，直到使用LOCK前缀的指令执行结束。这会使这条指令的执行变为原子操作。