Linux環境多線程編程基礎設施

本文介紹多線程環境下并行編程的基礎設施。主要包括：

Volatile
__thread
Memory Barrier
__sync_synchronize

volatile

編譯器有時候為了優化性能，會將一些變量的值緩存到寄存器中，因此如果編譯器發現該變量的值沒有改變的話，將從寄存器里讀出該值，這樣可以避免內存訪問。

但是這種做法有時候會有問題。如果該變量確實（以某種很難檢測的方式）被修改呢？那豈不是讀到錯的值？是的。在多線程情況下，問題更為突出：當某個線程對一個內存單元進行修改后，其他線程如果從寄存器里讀取該變量可能讀到老值，未更新的值，錯誤的值，不新鮮的值。

如何防止這樣錯誤的“優化”？方法就是給變量加上volatile修飾。

volatile int i=10;//用volatile修飾變量i......//something happened int b = i;//強制從內存中讀取實時的i的值

OK，畢竟volatile不是完美的，它也在某種程度上限制了優化。有時候是不是有這樣的需求：我要你立即實時讀取數據的時候，你就訪問內存，別優化；否則，你該優化還是優化你的。能做到嗎？

不加volatile修飾，那么就做不到前面一點。加了volatile，后面這一方面就無從談起，怎么辦？傷腦筋。

其實我們可以這樣：

int i = 2; //變量i還是不用加volatile修飾#define ACCESS_ONCE(x) (* (volatile typeof(x) *) &(x))

需要實時讀取i的值時候，就調用ACCESS_ONCE(i)，否則直接使用i即可。

這個技巧，我是從《Is parallel programming hard？》上學到的。?IT網，http://www.it.net.cn

聽起來都很好？然而險象環生：volatile常被誤用，很多人往往不知道或者忽略它的兩個特點：在C/C++語言里，volatile不保證原子性；使用volatile不應該對它有任何Memory Barrier的期待。?IT網，http://www.it.net.cn

第一點比較好理解，對于第二點，我們來看一個很經典的例子：?IT網，http://www.it.net.cn

volatile int is_ready = 0;char message[123];void thread_A{ while(is_ready == 0) { } //use message;}void thread_B{ strcpy(message,"everything seems ok"); is_ready = 1;}

線程B中，雖然is_ready有volatile修飾，但是這里的volatile不提供任何Memory Barrier，因此12行和13行可能被亂序執行，is_ready = 1被執行，而message還未被正確設置，導致線程A讀到錯誤的值。

這意味著，在多線程中使用volatile需要非常謹慎、小心。

__thread

__thread是gcc內置的用于多線程編程的基礎設施。用__thread修飾的變量，每個線程都擁有一份實體，相互獨立，互不干擾。舉個例子：

#include #include #include using namespace std;__thread int i = 1;void* thread1(void* arg);void* thread2(void* arg);int main(){ pthread_t pthread1; pthread_t pthread2; pthread_create(&pthread1, NULL, thread1, NULL); pthread_create(&pthread2, NULL, thread2, NULL); pthread_join(pthread1, NULL); pthread_join(pthread2, NULL); return 0;}void* thread1(void* arg){ cout<<++i<<endl;//輸出 2 return NULL;}void* thread2(void* arg){ sleep(1); //等待thread1完成更新 cout<<++i<<endl;//輸出 2，而不是3 return NULL;}