多线程程序在循环额外时间时运行答案

【问题标题】：Multithreaded program runs while loop extra times多线程程序在循环额外时间时运行
【发布时间】：2015-11-08 08:31:36
【问题描述】：

我正在做一个家庭作业，我必须用 C 语言编写一个多线程 linux 程序来解决操作系统类的生产者-消费者问题。在我的代码中，我有一个 while 循环，它位于由单个线程运行的函数内部。在该函数中，我有一个变量的增量，该变量受mutex 保护。

问题在于，while 循环运行的时间有时会超出我的预期。例如，当我希望循环执行16 次时，它有时会执行17 次。我无法弄清楚这个错误的原因，但它似乎与线程有关。我已经最小化了我的代码，问题仍然可以重现。

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>

int numItems = 16;
pthread_t threadID;
pthread_t threadID2;

pthread_mutex_t mutex;

pthread_attr_t attr;


void *produce(void *param);

int numItemsProduced = 0;

int main(int argc, char *argv[])
{

    pthread_attr_init(&attr);
    // Initialize mutex.
    if (pthread_mutex_init(&mutex, NULL) != 0)
    {
        printf("%s\n", "An error occured while initializing mutex!");
    }

    pthread_create(&threadID, &attr, produce, NULL);

    pthread_create(&threadID2, &attr, produce, NULL);

    pthread_join(threadID, NULL);
    pthread_join(threadID2, NULL);


    printf("Finished.\n");
}


void *produce(void *param)
{
    printf("In thread.\n");
    while (numItemsProduced < numItems)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("Current while loop is at int %d\n", numItemsProduced);

        numItemsProduced++;

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

    pthread_exit(0);
}

为什么while 循环有时会执行额外的时间？我相信我正确使用了mutex。

【问题讨论】：

标签： c multithreading while-loop pthreads mutex

【解决方案1】：

这个问题是线程进入while循环后等待互斥锁引起的。输入关键代码后需要再次检查条件：

pthread_mutex_lock(&mutex);
if (numItemsProduced < numItems){
    printf("Current while loop is at int %d\n", numItemsProduced);
    numItemsProduced++;
}

pthread_mutex_unlock(&mutex);

【讨论】：

【解决方案2】：

你的问题在下面一行

while (numItemsProduced < numItems)

由于您尚未锁定互斥锁，因此此行中没有线程安全性。您应该锁定互斥锁以检查条件和更新值。

可以改写为：

while (1)
{
    pthread_mutex_lock(&mutex);
    if (numItemsProduced >= numItems)
    {
         pthread_mutex_unlock(&mutex);
         break;
    }
    printf("Current while loop is at int %d\n", numItemsProduced);

    numItemsProduced++;
    pthread_mutex_unlock(&mutex);
}

或者如果使用 c++：

struct LockGuard
{
     LockGuard(pthread_mutex_t* mutex) : _pmutex(mutex) 
     { 
         pthread_mutex_lock(_pmutex);
     };

     ~LockGuard() 
     { 
          pthread_mutex_unlock(_pmutex);
     }
   private:
     LockGuard(const LockGuard&); // or use c++0x ` = delete`

     pthread_mutex_t* _pmutex;
};

while (true)
{
    LockGuard(&mutex);
    if (numItemsProduced >= numItems)
    {
         break;
    }
    printf("Current while loop is at int %d\n", numItemsProduced);

    numItemsProduced++;
}

【讨论】：

break; 语句会跳过pthread_mutex_unlock(&mutex); 并导致死锁吗？
会删除break; 语句并将if 块留空防止死锁吗？我不太了解 RAII，使用它感觉不舒服。
如果你从如果线程永远不会退出函数中删除中断。如果你真的觉得使用 RAII 不舒服，你可以在 break 之前的 if 里面加上 onother unlock，但是你应该学习 RAII，这是一个非常重要的概念，它将确保你总是释放资源（并且在其他情况下很有用以及）。
如果你要写c++对c问题的答案，你至少应该提到它。

【解决方案3】：

void *produce(void *param)
{
    printf("In thread.\n");
    while (1)
    {
        pthread_mutex_lock(&mutex);
        if(numItemsProduced >= numItems){
            pthread_mutex_unlock(&mutex);
            break;
        }
        printf("Current while loop is at int %d\n", numItemsProduced);

        numItemsProduced++;

        pthread_mutex_unlock(&mutex);
    }

    pthread_exit(0);
}

【讨论】：