尽管有互斥锁，但线程中的竞争条件

Question

此代码计算数组中所有整数的总和，在多个线程之间平均分配工作。然而，每隔一段时间，线程编号以及线程的本地总和就会被弄乱。我假设这是因为 void* param 和 globalindex 被多个线程同时访问。没有意义的是它发生的事实，即使我在这段代码中对每个全局变量都进行了互斥锁。 我该如何解决？

#include<string>
#include<iostream>
#include<fstream>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
#include<stdlib.h>
pthread_mutex_t mutex = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

using namespace std;
int y =0;
int sum=0;
int array[1000000];
int x=0;
int leftoverHandle = 0;
int globalindex = 0;  
int eachThreadHandles =0;

void* add(void* param){
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    int localindexup = globalindex + eachThreadHandles;
    int localindexdown = globalindex;
    int localsum=0;
    long localparam = (long)param;

    if(y != leftoverHandle ){
            localindexup++;
            y++;

    }
    pthread_mutex_unlock(&mutex);


    while(localindexdown<localindexup){

            pthread_mutex_lock(&mutex);
            sum = sum+array[localindexdown];
            localsum = localsum+array[localindexdown];
            localindexdown++;
            pthread_mutex_unlock(&mutex);


    }




    pthread_mutex_lock(&mutex);
    globalindex = localindexdown;
    printf("Thread %ld", localparam);
    printf(": %d\n", localsum);
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

int main(int argc, char ** argv){
    if(argc != 3){
            cout<<"Incorrect number of argument";
            exit(1);
    }
    string line;
    string f = argv[1];
    const char *filename = f.c_str();



    int maxthreads = atoi(argv[2]);

    FILE* inFile = fopen(filename,"r");
    int i=0;
    if(inFile == NULL){
    cout<<"fopen failed"<<endl;
    }

    fscanf(inFile, "%d",&i);

    while(!feof(inFile)){

    array[x]=i;
    x +=1;

    fscanf(inFile,"%d",&i);

    }

    fclose(inFile);

    pthread_t id[maxthreads];

    leftoverHandle = x%maxthreads;
    eachThreadHandles = (x - leftoverHandle)/maxthreads;


    for(long i=0; i< maxthreads;i++){
            long status = pthread_create(&id[i], NULL, add, (void*) i);
            if(status){
                    printf("Error creating thread! \n");
                    exit(0);
            }
    }

    for(long i=0; i<maxthreads;i++){
    pthread_join(id[i], NULL);
    }


    cout<<"Sum="<<sum<<endl;




return 0;
}

Answer 1

问题是您没有在每个线程初始化localindexup 和localindexdown 之后立即更新globalindex，即在第一个关键部分。
您的代码中有三个关键部分。
想象thread0 运行第一个临界区，然后thread1 在thread0 释放第一个临界区的锁之后抢占thread0。但是因为您在第三个临界区而不是第一个临界区将globalindex 设置为localindexdown，thread1 仍然会看到globalindex=0，就像thread0 一样，所以它将重新计算与@ 相同的总和987654333@。您应该将globalindex = localindexdown; 放入第一个关键部分。
实际上根本不需要第三个关键部分：

    pthread_mutex_lock(&mutex);
    int localindexup = globalindex + eachThreadHandles;
    int localindexdown = globalindex;
    int localsum=0;
    long localparam = (long)param;

    if(y != leftoverHandle ){
            localindexup++;
            y++;

    }
    globalindex = localindexdown; //<--- MOVED HERE
    pthread_mutex_unlock(&mutex);

忘记我对循环的评论，我犯了一个错误：while(localindexdown<localindexup) 可以安全地被抢占，因为变量不在线程之间共享。您可以通过减少互斥区域以仅包含共享数据来稍微提高性能：

    while(localindexdown<localindexup)
    {
            pthread_mutex_lock(&mutex);
            sum = sum+array[localindexdown];
            pthread_mutex_unlock(&mutex);     //<--- MOVED HERE
            localsum = localsum+array[localindexdown];
            localindexdown++;
    }