爲了描述方便和代碼簡潔起見，我們可以只輸出最後的報數結果來觀察程序是否運行出錯。這也非常類似於統計一個網站每天有多少用戶登錄，每個用戶登錄用一個線程模擬，線程運行時會將一個表示計數的變量遞增。程序在最後輸出計數的值表示有今天多少個用戶登錄，如果這個值不等於我們啓動的線程個數，那顯然說明這個程序是有問題的。整個程序代碼如下：
- #include <stdio.h>
- #include <process.h>
- #include <windows.h>
- volatile long g_nLoginCount; //登錄次數
- unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //線程函數
- const int THREAD_NUM = 10; //啓動線程數
- unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
- {
- Sleep(100); //some work should to do
- g_nLoginCount++;
- Sleep(50);
- return 0;
- }
- int main()
- {
- g_nLoginCount = 0;
- HANDLE handle[THREAD_NUM];
- for (int i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
- handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFun, NULL, 0, NULL);
- WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
- printf("有%d個用戶登錄後記錄結果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
- return 0;
- }
程序中模擬的是10個用戶登錄，程序將輸出結果：
和上一篇的線程報數程序一樣，程序輸出的結果好象並沒什麼問題。下面我們增加點用戶來試試，現在模擬50個用戶登錄，爲了便於觀察結果，在程序中將50個用戶登錄過程重複20次，代碼如下：
- #include <stdio.h>
- #include <windows.h>
- volatile long g_nLoginCount; //登錄次數
- unsigned int __stdcall Fun(void *pPM); //線程函數
- const DWORD THREAD_NUM = 50;//啓動線程數
- DWORD WINAPI ThreadFun(void *pPM)
- {
- Sleep(100); //some work should to do
- g_nLoginCount++;
- Sleep(50);
- return 0;
- }
- int main()
- {
- printf(" 原子操作 Interlocked系列函數的使用\n");
- printf(" -- by MoreWindows( http://blog.csdn.net/MoreWindows ) --\n\n");
- //重複20次以便觀察多線程訪問同一資源時導致的衝突
- int num= 20;
- while (num--)
- {
- g_nLoginCount = 0;
- int i;
- HANDLE handle[THREAD_NUM];
- for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
- handle[i] = CreateThread(NULL, 0, ThreadFun, NULL, 0, NULL);
- WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);
- printf("有%d個用戶登錄後記錄結果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
- }
- return 0;
- }
運行結果如下圖：
現在結果水落石出，明明有50個線程執行了g_nLoginCount++;操作，但結果輸出是不確定的，有可能爲50，但也有可能小於50。
要解決這個問題，我們就分析下g_nLoginCount++;操作。在VC6.0編譯器對g_nLoginCount++;這一語句打個斷點，再按F5進入調試狀態，然後按下Debug工具欄的Disassembly按鈕，這樣就出現了彙編代碼窗口。可以發現在C/C++語言中一條簡單的自增語句其實是由三條彙編代碼組成的，如下圖所示。
講解下這三條彙編意思：
第一條彙編將g_nLoginCount的值從內存中讀取到寄存器eax中。
第二條彙編將寄存器eax中的值與1相加，計算結果仍存入寄存器eax中。
第三條彙編將寄存器eax中的值寫回內存中。
這樣由於線程執行的併發性，很可能線程A執行到第二句時，線程B開始執行，線程B將原來的值又寫入寄存器eax中，這樣線程A所主要計算的值就被線程B修改了。這樣執行下來，結果是不可預知的——可能會出現50，可能小於50。
因此在多線程環境中對一個變量進行讀寫時，我們需要有一種方法能夠保證對一個值的遞增操作是原子操作——即不可打斷性，一個線程在執行原子操作時，其它線程必須等待它完成之後才能開始執行該原子操作。這種涉及到硬件的操作會不會很複雜了，幸運的是，Windows系統爲我們提供了一些以Interlocked開頭的函數來完成這一任務（下文將這些函數稱爲Interlocked系列函數）。
下面列出一些常用的Interlocked系列函數：
1.增減操作
LONG__cdeclInterlockedIncrement(LONG volatile* Addend);
LONG__cdeclInterlockedDecrement(LONG volatile* Addend);
返回變量執行增減操作之後的值。
LONG__cdec InterlockedExchangeAdd(LONG volatile* Addend, LONGValue);
返回運算後的值，注意！加個負數就是減。
2.賦值操作
LONG__cdeclInterlockedExchange(LONG volatile* Target, LONGValue);
Value就是新值，函數會返回原先的值。
在本例中只要使用InterlockedIncrement()函數就可以了。將線程函數代碼改成：
- DWORD WINAPI ThreadFun(void *pPM)
- {
- Sleep(100);//some work should to do
- //g_nLoginCount++;
- InterlockedIncrement((LPLONG)&g_nLoginCount);
- Sleep(50);
- return 0;
- }
再次運行，可以發現結果會是唯一的。
因此，在多線程環境下，我們對變量的自增自減這些簡單的語句也要慎重思考，防止多個線程導致的數據訪問出錯。更多介紹，請訪問MSDN上Synchronization Functions這一章節，地址爲 http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/aa909196.aspx
看到這裏，相信本系列首篇《秒殺多線程第一篇 多線程筆試面試題彙總》中選擇題第一題（百度筆試題）應該可以秒殺掉了吧（知其然也知其所以然），正確答案是D。另外給個附加問題，程序中是用50個線程模擬用戶登錄，有興趣的同學可以試下用100個線程來模擬一下（上機試試絕對會有意外發現^_^）。
下一篇《秒殺多線程第四篇 一個經典多線程同步問題》將提出一個稍爲複雜點但卻非常經典的多線程同步互斥問題，這個問題會採用不同的方法來解答，從而讓你充分熟練多線程同步互斥的“招式”。更多精彩，歡迎繼續參閱。
轉載請標明出處，原文地址：http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7429155
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