C 中的 pthreads：如何阻止线程相互干扰？

Question

我是使用 pthread 的新手。我想创建一个程序，其中六个不同的线程将分别输出不同的数字。线程可以按任意顺序运行，但是每个线程只能运行一次。

因此，可能的输出是：

Thread: 5
Thread: 2
Thread: 3
Thread: 6
Thread: 1
Thread: 4

或者它可以是任何其他顺序。

#include<stdio.h>
#include<pthread.h>
    
void *apples(void *void_apple_num){
      int *thread_num = (int *) void_apple_num;
      printf("Thread: %d\n", *thread_num);
      return NULL;
}



int main(){
  pthread_t threads[6];
  int apple_num;
  

  for(apple_num=0; apple_num<6; apple_num++){
       pthread_create(&threads[apple_num], NULL, apples, &apple_num);
  }

  for(apple_num=0; apple_num<6; apple_num++){
       pthread_join(threads[apple_num], NULL);
  }    

  return 0;
}

当我运行程序时，我遇到了线程相互干扰的问题。我不确定某些线程是否运行了两次？但是，我认为问题在于某些线程正在使用来自不同线程的apple_num 指针。

这是我得到的两个示例输出：

输出 1：

Thread: 5
Thread: 0
Thread: 1
Thread: 1
Thread: 2
Thread: 2

输出 2：

Thread: 1
Thread: 4
Thread: 4
Thread: 5
Thread: 1
Thread: 1

我不完全了解导致问题的原因。我听说线​​程有时可以共享变量？我不知道是否应该使用互斥锁以某种方式让线程一次运行一个。

如何编辑我的代码来解决这个问题？

如果有人问过类似的问题，请引导我回答他们的问题。我在研究时找不到任何东西。

Answer 1

您的每个线程都获得指向同一个局部变量apple_num 的指针，该变量正在由主线程在循环中更改。由于线程是异步启动的，所以主线程中的局部变量apple_num的值在其他线程看来是不确定的。

您需要将该变量的副本传递给每个线程。

一种解决方法是将int 转换为void* 并返回：

void *apples(void* apple_num){
    int thread_num = (int)void_apple_num;
...
    pthread_create(&threads[apple_num], NULL, apples, (void*)apple_num);

正如他们在 cmets 中提到的，intptr_t 和 uintptr_t（来自 <stdint.h>）可能更适合无​​损失的往返，例如uintptr_t -> void* -> uintptr_t。但是 C 标准不需要任何整数来往返于 void* 并返回，它只需要 void* -> intptr_t 并返回。

在更现实的场景中，您可能希望将多个整数传递给线程，即struct。这就是线程启动函数接收单个 void* 参数的基本原理——它可以指向任何数据类型的对象（PO​​SIX 要求 void* 也能够存储函数指针）。

将结构传递给线程的示例（不依赖于实现定义的整数与void* 之间的转换）：

struct ThreadArgs {
    int thread_num;
    // More data members, as needed.
};

void* apples(void* arg){
    struct ThreadArgs* a = arg;
    printf("Thread: %d\n", a->thread_num);
    free(arg);
    return NULL;
}

int main() {
    pthread_t threads[6];
    struct ThreadArgs* a;
    int apple_num;

    for(apple_num=0; apple_num<6; apple_num++){
        a = malloc(sizeof *a);
        a->thread_num = apple_num;
        pthread_create(&threads[apple_num], NULL, apples, a);
    }
    
    for(apple_num=0; apple_num<6; apple_num++)
        pthread_join(threads[apple_num], NULL);
    
    return 0;
}

请注意，您不必在堆上分配线程参数结构 (malloc)。如果将自动变量（在堆栈上）传递给线程，则必须确保该变量未更改并且在线程访问它时仍然存在。从堆中分配线程参数结构是最安全的，并且以malloc/free 调用为代价解决了这个问题。