与 pthread 并发，典型的不当行为答案

【问题标题】：Concurrency with pthreads, a typical misbehaviour与 pthread 并发，典型的不当行为
【发布时间】：2023-04-04 13:00:01
【问题描述】：

我不确定下面的程序有什么问题，但它不会打印每种语言一次，而是随机地多一些，少一些，有些不会打印

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>



char *messages[] = { 
    "English: Hello World!", 
    "French: Bonjour, le monde!",
    "Spanish: Hola al mundo", 
    "Klingon: Nuq neH!",
    "German: Guten Tag, Welt!", 
    "Russian: Zdravstvytye, mir!",
    "Japan: Sekai e konnichiwa!", 
    "Latin: Orbis, te saluto!"
};
#define NUM_MESSAGES (sizeof( messages ) / sizeof( char* ))


void *PrintHello( void *messageid )
{
    pthread_t taskid;
    int *id_ptr, message_num;

    taskid = pthread_self();
    printf( "This is thread with ID %lu.\n", taskid );

    message_num = *((int *) messageid);
    printf( "%s \n", messages[message_num] );

    pthread_exit( NULL );
}

int main( int argc, char *argv[] ) 
{
    pthread_t threads[NUM_MESSAGES];
    int rc, i;


    for( i = 0; i < NUM_MESSAGES; i++ ) {
        void * argument = (void*) &i;
        rc = pthread_create( &threads[i], NULL, PrintHello, argument );
        if( rc ) {
            printf( "ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", rc );
            exit( -1 );
        }
    }




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

    pthread_exit( NULL );
}

我猜这个问题与参数指针有关。我试图锁定不同的部分，但没有成功。

【问题讨论】：

标签： c concurrency pthreads

【解决方案1】：

您正在传递变量i 的地址，主线程不断变化。所以你受调度的摆布：有人会在你的线程有机会运行之前更改i 吗？

相反，您可以尝试直接传递字符串，大大简化代码：

rc = pthread_create( &threads[i], NULL, PrintHello, messages[i]);

void *PrintHello(void *arg)
{
    char *msg = arg;
    printf("%s\n", msg);

    return NULL;
}

还有另一种更糟糕的选择，您可以将 i 的实际值作为参数（而不是其地址）传递。

【讨论】：

感谢您的帮助。这对我有用。有没有尝试用锁来解决这个问题？我在设置“参数”之前尝试锁定并在创建线程后解锁，但这不起作用：/我知道这将是并发的想法，但只是为了我的兴趣:)
@smoes 不，锁定在这里是不可行的。您必须在创建线程之前以某种方式锁定，一旦您通过停止使用i 的点，就必须在线程中解锁。
@smoes，不使用 pthread 互斥锁 - pthread 互斥锁必须由锁定它们的同一线程释放，但在这里您正在等待另一个线程在解锁之前捕获该值。此外，只让一个线程一次运行，您将失去线程化的大部分好处。通常的解决方案是为您填写任何参数的每个线程分配一个新缓冲区，然后传递给 pthread_create。然后新线程负责释放缓冲区。这种方式不需要锁。

【解决方案2】：

这是典型的race 条件。
确切的说，新线程创建后，线程的执行顺序决定了程序的结果。有两种情况：

当新线程PrintHello 已创建但直到下一个i++ 在main 线程中执行时才被调度。在这种情况下，您在线程函数中对argument 的引用，即message_num = *((int *) messageid); 并不是您所期望的。

对此的解决方案是使用后在线程函数中动态分配（使用malloc）argument和free。

【讨论】：

【解决方案3】：

将标量整数参数传递给线程函数的一种方法是（ab-）使用 C99 标准第 6.3.2.3 节中的以下文本：

(5) 整数可以转换为任何指针类型。除先前规定外，结果是实现定义的，可能没有正确对齐，可能不指向引用类型的实体，可能是陷阱表示。

除了第二句的最后一部分，以下代码应该可以在大多数系统上运行：

int int_val;
...
pthread_create(..., ..., thread_func, (void *)int_val);

然后在thread_func 中将其转换回整数：

void *thread_func (void *data)
{
    int int_arg = (int)data;
    ...
}

【讨论】：