主要回答一下几个问题
1.单核并发问题
2.多核并发问题
2.几个不正确的同步案例
- 先看一段go(1.11)代码: 单核CPU,1万个携程,每个携程执行100次+1操作, 思考n最终会打印多少?
package main
import (
"fmt"
"time"
"runtime"
"sync"
)
var n int
var wg sync.WaitGroup
func main() {
runtime.GOMAXPROCS(1) //单核
// runtime.GOMAXPROCS(2) //多核
wg.Add(10000)
for i:=0;i<10000;i++{
go add()
}
wg.Wait()
fmt.Println("累加结果:",n)
}
func add() {
for i := 0; i < 100; i++ {
n++
time.Sleep(1)
}
wg.Done()
}
//output 单核
累加结果: 1000000
//output 多核
累加结果: 970820
- 对比一段c语言多线程代码(单核运行)，思考TestInteger会打印多少
// 编译: gcc main.c -o main -plthread
// 运行: ./main.exe
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
// 重定义数据类型
typedef signed int INT32;
typedef unsigned int UINT32;
// 宏定义
#define THREAD_NUM 2 // 线程个数
UINT32 g_iTestInteger = 0;
// 函数声明
void ProcessTask(void *pParam);
int main(void) {
pthread_t MultiHandle = 0; // 多线程句柄
UINT32 iLoopFlag = 0;
INT32 iRetVal = 0; // 创建线程函数的返回值
// 循环创建线程
for (iLoopFlag = 0; iLoopFlag < THREAD_NUM; iLoopFlag ++)
{
iRetVal = pthread_create(&MultiHandle, NULL, (void * (*)(void *))(&ProcessTask), (void *)iLoopFlag);
if (0 != iRetVal)
{
printf("Create ProcessTask %d failed!\n", iLoopFlag);
return -1;
}
}
Sleep(2000); /* windows 使用Sleep，参数为毫秒 */
printf("In main, TestInteger = %d\n", g_iTestInteger);
return 0;
}
void ProcessTask(void *pParam){
for (int i = 0;i<100;i++){
g_iTestInteger ++;
Sleep(1); /* windows 使用Sleep，参数为毫秒 */
}
}
//output
In main, TestInteger = 198
Q: 单核环境下,对于n++问题,go为什么没有并发问题,而c语言有并发问题?
A:
-
n++对应的汇编指令是3条.
1.1 加载: 加载n到寄存器,
1.2 更新: 更新寄存器(n+1)
1.3 存储(写回内存): 把寄存器的值存储到内存中n对应的内存地址中
参考<深入理解计算机系统第3版>12.3小节的图12-18b:
-
c语言的多线程调度是抢占式的,多线程的上下文切换可以发生在任何指令之间(TODO除了少数原子指令)。
所以c语言是有并发问题的。 -
go的非抢占式调度携程, 上述代码只在函数调用时触发协程切换(go1.14版本以前,调用sleep时触发调用), 所以n++的3个指令可以一次执行完成,然后进入sleep才切换到另一个go携程,所以每个携程的n++是串行执行的,即使用1万个携程来测试也没有并发问题:
0++
sleep切换
1++
sleep切换
打印2,退出
总结:go在sleep时才发生协程切换，c语言的多线程切换可能发生在任何指令处，两者的切换粒度不一样。
TODO:go1.11具体是怎么一个非抢占式度。
Q: 为什么GO代码单核没有问题，多核有问题参考附录1
- 在单核CUP的情况下，每个CPU只会运行一个go携程，并且每个go携程执行时不会中断n++的指令，所以至少这些携程的n++语句是串行执行的，所以不会有并发问题。
- 在多核的情况下，多个CPU可以同时运行多个go携程，即使n++不被中断，但是由于多个携程同时读取相同的内存值，会出现后提交覆盖先提交的情况，所以会导致并发问题。
您说的没错，我写了一段新的代码 https://play.studygolang.com/p/NkQhyGaMtnF
1. 这段代码在playground上是没有并发问题的。是因为playgound的执行环境是单核CPU，由于go携程是非抢占式调度的，所以每个时刻其实只有一个携程在执行CompareAndSwapInt64进行+1操作，所以是不会有并发冲突的。
2. 这段代码在本机的多核环境下运行是有并发问题的。因为每个时刻有多个CPU在同时执行多个go携程，那么就会有多个携程同时读到同一个G_Int的情况，在go携程把更新后的值写回内存时，就会发生Compare失败的情况。
A:
对于go
尽管携程是非抢占式调度的，但是如果有多核的话，就有多个P来同时执行携程。TODO
对于c
- 同时多个cpu读取到了相同的n，后提交的线程会把先提交的线程的n++结果覆盖掉,导致部分线程加1操作丢失。
Q: 加锁时如何解决c语言的多核多线程并发问题
A:
- 锁的两种底层原理
总线锁:
缓存锁:
TODO
能够在一个指令中完成的操作中断只发生在指令间
然后加锁操作的话，对应图中就是对cpu总线加锁，使得同一时刻只有一个cpu能访问内存。但是这个效率比较低，于是有了基于cpu缓存的锁。
加锁的2种底层实现，我在这看的：https://mp.weixin.qq.com/s/RDEQSOjrSBVYVq6LV5MslQ
读取内存值，修改，写回内存三步期间