Linux——多线程以及多线程并发访问同一块内存的问题

前言

为什么需要多线程？

• 并行实体共享同一个地址空间和所有可用数据 的这种能力是多进程锁无法表达的，因为多进程具有不同的地址空间；
• 线程比进程更加轻量级，更加快速；
• 需要大量IO处理和计算时，拥有多线程，能够很明显地提升性能；
• 在多CPU系统中，多线程是有益的，在这样的系统中，能够真正实现物理上的多线程并行运行；

之前我们学习了线程库内置函数的一些使用，接下来我们来讨论多线程在并发执行过程中的一些问题，我们采取访问同一块内存的方式来探究。

多线程的优点

• 加快程序响应速度；
• 当前无需要处理的任务时，可将处理器时间让给其他任务；
• 占用大量处理时间的任务可以定期将处理器时间让给其他任务；
• 可以随时停止任务；
• 可以分别设置各个任务的优先级以优化性能；

最佳应用场景

• 耗时或大量占用处理器的任务阻塞用户界面操作；
• 各个任务必须等待外部资源；（如远程连接或INternet连接）

多线程的缺点

• 等候使用共享资源时会使得程序的运行速度变慢，这些共享资源主要是独占性资源，如打印机；
• 对线程进行管理需要额外的CPU开销；
• 线程的死锁，即较长时间等待或资源竞争，
• 对公有变量的同时读或写往往会产生无法预知的错误

验证思路

对同一个全局变量（初始值为0），使用五个线程函数进行++操作，每个线程函数++1000次，因此，我们5个线程就应该++5000次，最后该全局变量的值应该为5000。

然而不同次的尝试执行，却发现最终wg的值有时候是5000，有时候又是4997,4998。
原因是：
我们对wg++，并不是原子操作，转换为指令，有多条指令构成，计算机执行的二进制的指令对变量的自增这一操作分了很多步骤，比如有两条线程对wg++
但是++不是一下子可以完成，先将val读过来，再++,再读回去，这个操作还没结束，另外一个线程也把wg读过来，++,再读回去。有可能两个线程对wg=1;进行加加，最后值却为2。

我们不能仅仅停留在代码层面考虑问题，我们还需要考虑代码运行的环境，观察我们虚拟机的设置发现：有4个处理器，至少有两个处理器有处理其他线程，存在一个线程放在2个处理器上的情况，同时访问，出现小于5000的概率比较高，这也是因为并行执行引起的。

调成1个处理器，此时的5个线程，只有1个线程执行，其余4个肯定没有执行，不出现同时执行两个线程的情况。出现小于5000的概率很小（这个原因是，把val值1读过来，还没来得及++回去，这个时候时间片到了，发生了切换，换到其余线程，读过来还是1，加加，现场恢复，还是1进行加加，这种场景出现的概率非常小）1个处理器不能并行的。