多线程有时会给出不同的输出[重复]

Posted 2023-02-16

【中文标题】多线程有时会给出不同的输出[重复]

【英文标题】：multithreading gives different output sometimes [duplicate]

【发布时间】：2022-01-09 15:04:46

【问题描述】：

我目前正在尝试更好地了解多线程，并正在尝试使用 std::thread。

我有这段代码：

volatile int m = 0;
void ThdFun(int i)

    for (int j = 0; j < i; ++j) 
        m++;
        //std::cout << "hello1 " << m << " " <<std::endl;
    
    //std::cout << "Hello World from thread " << i <<"  " << std::endl;

int main()
    int var = 100000; //changes when i want to experiment with diff values

    std::thread t1(ThdFun, var);
    std::thread t2(ThdFun, var);
    t1.join();
    t2.join();
    std::cout << "final result of m: " << m << std::endl;

    if ((var * 2) == m) 
        std::cout << "CORRECT" << std::endl;
    
    else
        std::cout << "INCORRECT" << std::endl;
    return 0;

我注意到，如果我的 var = 2 或 var =50，我得到正确的输出（分别是 4 和 100）

但是当我将var 设为像 100000 这样的大数字时，我会得到 100000-200000 范围内的任何值，而我预计会得到 200000。我想知道为什么会发生这种情况，因为据我了解不是'join()' 函数应该让它按顺序运行吗？另外，为什么“较小”数字的输出很好，但数字越大却变得不可预测？是 1 个线程完成并因此退出程序还是什么？

有人可以解释一下是什么导致了大数字的这种不同的输出，以及为什么 join() 不能很好地处理大数字吗？

谢谢！

【问题讨论】：

m 上的操作不是atomic

@S.M.链接的问题适用于 C#。

你需要std::atomic而不是volatile

增加volatile 与atomic 的现场演示：godbolt.org/z/nbfsdY33j。

【参考方案1】：

您的问题是m++; 行。它真正的作用是这样的：

将m从内存读入寄存器 增加寄存器值 将寄存器值写回m

您的代码的问题是对m 的访问在线程之间不同步，因此一个线程可以读取m（第1 步），然后再写回递增的值（第 3 步），另一个线程已经读取了 m 的旧值。

在这种情况下，两个线程都读取并增加值，因为它是在另一个线程增加它之前，所以你失去了一个增量。

解决方案是添加同步。

幸运的是，这很简单，只需将m 的定义更改为std::atomic_int 即可。当变量声明为atomic时，语言保证m++操作不能被其他线程中断。

atomic 的替代方法是使用互斥体，但只有一次访问时，最好使用 atomic。

【讨论】：

正式来说，这里的问题是从多个线程执行m++ 会引入数据竞争：多个线程正在访问同一个对象，并且其中至少有一个正在写入。解决方案是添加同步。 （volatile 不这样做）。 +1。

@PeteBecker 你当然是对的。所以我根据你的评论扩展了答案。