【多线程】学习3

预备知识：

volatile关键字详解

volatile总是与优化有关，编译器有一种技术叫做数据流分析，分析程序中的变量在哪里赋值、在哪里使用、在哪里失效，分析结果可以用于常量合并，常量传播等优化，进一步可以消除一些代码。但有时这些优化不是程序所需要的，这时可以用volatile关键字禁止做这些优化。

1.volatile的本意是“易变的” 因为访问寄存器要比访问内存单元快的多,所以编译器一般都会作减少存取内存的优化，但有可能会读脏数据。当要求使用volatile声明变量值的时候，系统总是重新从它所在的内存读取数据，即使它前面的指令刚刚从该处读取过数据。精确地说就是，遇到这个关键字声明的变量，编译器对访问该变量的代码就不再进行优化，从而可以提供对特殊地址的稳定访问；如果不使用valatile，则编译器将对所声明的语句进行优化。（简洁的说就是：volatile关键词影响编译器编译的结果，用volatile声明的变量表示该变量随时可能发生变化，与该变量有关的运算，不要进行编译优化，以免出错）

2.看两个事例：

1>告诉compiler不能做任何优化

比如要往某一地址送两指令：
int *ip =...; //设备地址
*ip = 1; //第一个指令
*ip = 2; //第二个指令
以上程序compiler可能做优化而成：
int *ip = ...;
*ip = 2;
结果第一个指令丢失。如果用volatile, compiler就不允许做任何的优化，从而保证程序的原意：
volatile int *ip = ...;
*ip = 1;
*ip = 2;
即使你要compiler做优化，它也不会把两次付值语句间化为一。它只能做其它的优化。

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下面内容来自：http://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7429155

为了描述方便和代码简洁起见，我们可以只输出最后的报数结果来观察程序是否运行出错。这也非常类似于统计一个网站每天有多少用户登录，每个用户登录用一个线程模拟，线程运行时会将一个表示计数的变量递增。程序在最后输出计数的值表示有今天多少个用户登录，如果这个值不等于我们启动的线程个数，那显然说明这个程序是有问题的。下面我们增加点用户来试试，现在模拟50个用户登录，为了便于观察结果，在程序中将50个用户登录过程重复20次，代码如下：

#include<stdio.h>
#include<process.h>
#include<Windows.h>
volatile long g_nLoginCount;
unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM);
const int THREAD_NUM = 100;
unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
{
    Sleep(100);
    g_nLoginCount++;
    Sleep(50);
    return 0;
}
int main()
{

    HANDLE handle[THREAD_NUM];
    int num = 20;
    while(num--)
    {
        g_nLoginCount = 0;
        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个用户登录后记录结果是%d\n", THREAD_NUM, g_nLoginCount);
    }
    return 0;
}

现在结果水落石出，明明有50个线程执行了g_nLoginCount++;操作，但结果输出是不确定的，有可能为50，但也有可能小于50。

要解决这个问题，我们就分析下g_nLoginCount++;操作。在VS2010中，对g_nLoginCount++;这一语句打个断点。调试-窗口-反汇编，可以发现在C/C++语言中一条简单的自增语句其实是由三条汇编代码组成的，如下图所示。

讲解下这三条汇编意思：

第一条汇编将g_nLoginCount的值从内存中读取到寄存器eax中。

第二条汇编将寄存器eax中的值与1相加，计算结果仍存入寄存器eax中。

第三条汇编将寄存器eax中的值写回内存中。

这样由于线程执行的并发性，很可能线程A执行到第二句时，线程B开始执行，线程B将原来的值又写入寄存器eax中，这样线程A所主要计算的值就被线程B修改了。这样执行下来，结果是不可预知的——可能会出现50，可能小于50。（错误解释！！）

正确的解释是：

　　　　A执行到第二句，执行B，假设B执行结束后，继续执行A，其实寄存器eax是会恢复到A最后的值，这样导致的结果是线程B的执行结果被A覆盖，相当于B没有执行。（因为线程是有自己独有的寄存器集合，在线程切换的时候是会保存现场的。）

　　因此在多线程环境中对一个变量进行读写时，我们需要有一种方法能够保证对一个值的递增操作是原子操作——即不可打断性，一个线程在执行原子操作时，其它线程必须等待它完成之后才能开始执行该原子操作。这种涉及到硬件的操作会不会很复杂了，幸运的是，Windows系统为我们提供了一些以Interlocked开头的函数来完成这一任务（下文将这些函数称为Interlocked系列函数）。

1.增减操作

LONG __cdecl InterlockedIncrement(LONG volatile* Addend);

LONG __cdecl InterlockedDecrement(LONG volatile* Addend);

返回变量执行增减操作之后的值。

LONG __cdec InterlockedExchangeAdd(LONG volatile* Addend, LONG Value);

返回运算后的值，注意！加个负数就是减。

2.赋值操作

LONG __cdecl InterlockedExchange(LONG volatile* Target, LONG Value);

Value就是新值，函数会返回原先的值。

因此，在多线程环境下，我们对变量的自增自减这些简单的语句也要慎重思考，防止多个线程导致的数据访问出错。更多介绍，请访问MSDN上Synchronization Functions这一章节，地址为 http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/aa909196.aspx

在本例中只要使用InterlockedIncrement()函数就可以了。将线程函数代码改成：

unsigned int __stdcall ThreadFun(void *pPM)
{
    Sleep(100);
    InterlockedIncrement((LPLONG)&g_nLoginCount);
    Sleep(50);
    return 0;
}

但是把用户数改成100个后又出现了问题

匡子语

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