線程調(diào)度的隨機(jī)性有哪些

這篇文章主要講解了“線程調(diào)度的隨機(jī)性有哪些”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習(xí)“線程調(diào)度的隨機(jī)性有哪些”吧！

線程調(diào)度的幾個(gè)基本知識(shí)點(diǎn)

多線程并發(fā)執(zhí)行時(shí)有很多同學(xué)捋不清楚調(diào)度的隨機(jī)性會(huì)導(dǎo)致哪些問(wèn)題，要知道如果訪問(wèn)臨界資源不加鎖會(huì)導(dǎo)致一些突發(fā)情況發(fā)生甚至死鎖。

關(guān)于線程調(diào)度，需要深刻了解以下幾個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：

調(diào)度的最小單位是輕量級(jí)進(jìn)程【比如我們編寫的hello world最簡(jiǎn)單的C程序，執(zhí)行時(shí)就是一個(gè)輕量級(jí)進(jìn)程】或者線程;

每個(gè)線程都會(huì)分配一個(gè)時(shí)間片，時(shí)間片到了就會(huì)執(zhí)行下一個(gè)線程;

線程的調(diào)度有一定的隨機(jī)性，無(wú)法確定什么時(shí)候會(huì)調(diào)度;

在同一個(gè)進(jìn)程內(nèi)，創(chuàng)建的所有線程除了線程內(nèi)部創(chuàng)建的局部資源，進(jìn)程創(chuàng)建的其他資源所有線程共享;比如：主線程和子線程都可以訪問(wèn)全局變量，打開(kāi)的文件描述符等。

實(shí)例

再多的理論不如一個(gè)形象的例子來(lái)的直接。

預(yù)期代碼時(shí)序

假定我們要實(shí)現(xiàn)一個(gè)多線程的實(shí)例，預(yù)期程序執(zhí)行時(shí)序如下：

期待時(shí)序

期待的功能時(shí)序：

1. 鴻蒙官方戰(zhàn)略合作共建——HarmonyOS技術(shù)社區(qū)

2. 主進(jìn)程創(chuàng)建子線程，子線程函數(shù)function();

3. 主線程count自加，并分別賦值給value1,value2;

4. 時(shí)間片到了后切換到子線程，子線程判斷value1、value2值是否相同，如果不同就打印信息value1,value2,count的值，但是因?yàn)橹骶€程將count先后賦值給了value1,value2，所以value1,value2的值應(yīng)該永遠(yuǎn)不相同，所以不應(yīng)該打印任何內(nèi)容;

5. 重復(fù)2、3步驟。

代碼1

好了，現(xiàn)在我們按照這個(gè)時(shí)序編寫代碼如下：

1 #include <stdio.h>   2 #include <stdlib.h>   3 #include <string.h>   4 #include <pthread.h>   5 #include <unistd.h>   6    7 unsigned int value1,value2, count=0;   8 void *function(void *arg);   9 int main(int argc,  char *argv[])  10 {  11     pthread_t  a_thread;  12   13     if (pthread_create(&a_thread, NULL, function, NULL) < 0)  14     {  15         perror("fail to pthread_create");  16         exit(-1);  17     }  18     while ( 1 )  19     {  20         count++;  21         value1 = count;  22         value2 = count;  23     }  24     return 0;  25 }  26   27 void  *function(void *arg)  28 {  29     while ( 1 )  30     {  31         if (value1 != value2)  32         {                                                                                                                                                                                           33             printf("count=%d , value1=%d, value2=%d\n",  count, value1, value2);  34             usleep(100000);  35         }       36     }  37     return  NULL;  38 }

乍一看，該程序應(yīng)該可以滿足我們的需要，并且程序運(yùn)行的時(shí)候不應(yīng)該打印任何內(nèi)容，但是實(shí)際運(yùn)行結(jié)果出乎我們意料。

編譯運(yùn)行：

gcc test.c -o run -lpthread ./run

代碼1執(zhí)行結(jié)果

執(zhí)行結(jié)果：

可以看到子程序會(huì)隨機(jī)打印一些信息，為什么還有這個(gè)執(zhí)行結(jié)果呢?其實(shí)原因很簡(jiǎn)單，就是我們文章開(kāi)頭所說(shuō)的，線程調(diào)度具有?隨機(jī)性，我們無(wú)法規(guī)定讓內(nèi)核何時(shí)調(diào)度某個(gè)線程。有打印信息，那么這說(shuō)明此時(shí)value1和value2的值是不同的，那也說(shuō)明了調(diào)度子線程的時(shí)候，是在主線程向value1和value2之間的位置調(diào)度的。

代碼1執(zhí)行的實(shí)際時(shí)序

實(shí)際上代碼的執(zhí)行時(shí)序如下所示：

如上圖，在某一時(shí)刻，當(dāng)程序走到**value2 =  count;**這個(gè)位置的時(shí)候，內(nèi)核對(duì)線程進(jìn)行了調(diào)度，于是子進(jìn)程在判斷value1和value2的值的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)變量值不相同，就有了打印信息。

該程序在下面這兩行代碼之間調(diào)度的幾率還是很大的。

value1 = count;  value2 = count;

解決方法

如何來(lái)解決并發(fā)導(dǎo)致的程序沒(méi)有按預(yù)期執(zhí)行的問(wèn)題呢?對(duì)于線程來(lái)說(shuō)，常用的方法有posix信號(hào)量、互斥鎖，條件變量等，下面我們以互斥鎖為例，講解如何避免代碼1的問(wèn)題的出現(xiàn)。

互斥鎖的定義和初始化：

pthread_mutex_t  mutex; pthread_mutex_init(&mutex, NULL)

申請(qǐng)釋放鎖：

pthread_mutex_lock(&mutex); pthread_mutex_unlock(&mutex);

原理：進(jìn)入臨界區(qū)之前先申請(qǐng)鎖，如果能獲得鎖就繼續(xù)往下執(zhí)行， 如果申請(qǐng)不到，就休眠，直到其他線程釋放該鎖為止。

代碼2

1 #include <stdio.h>  2 #include <stdlib.h>  3 #include <string.h>  4 #include <pthread.h>  5 #include <unistd.h>  6 #define _LOCK_  7 unsigned int value1,value2, count=0;  8 pthread_mutex_t  mutex;  9 void *function(void *arg); 10  11 int main(int argc,  char *argv[]) 12 { 13     pthread_t  a_thread; 14           15     if (pthread_mutex_init(&mutex, NULL) < 0)                                                                                                                                                           16     { 17         perror("fail to mutex_init"); 18         exit(-1); 19     } 20  21     if (pthread_create(&a_thread, NULL, function, NULL) < 0) 22     { 23         perror("fail to pthread_create"); 24         exit(-1); 25     } 26     while ( 1 ) 27     { 28         count++; 29 #ifdef  _LOCK_ 30         pthread_mutex_lock(&mutex); 31 #endif 32         value1 = count; 33         value2 = count; 34 #ifdef  _LOCK_ 35         pthread_mutex_unlock(&mutex); 36 #endif 37     } 38     return 0; 39  } 0  41 void  *function(void *arg) 42 { 43      while ( 1 ) 44      { 45 #ifdef _LOCK_ 46         pthread_mutex_lock(&mutex); 47 #endif            48  49         if (value1 != value2)   50         { 51             printf("count=%d , value1=%d, value2=%d\n",  count, value1, value2); 52             usleep(100000); 53         }      54 #ifdef _LOCK_ 55         pthread_mutex_unlock(&mutex); 56 #endif 57      } 58      return  NULL; 59  }

如上述代碼所示:主線程和子線程要訪問(wèn)臨界資源value1,value2時(shí)，都必須先申請(qǐng)鎖，獲得鎖之后才可以訪問(wèn)臨界資源，訪問(wèn)完畢再釋放互斥鎖。該代碼執(zhí)行之后就不會(huì)打印任何信息。我們來(lái)看下，如果程序在下述代碼之間產(chǎn)生調(diào)度時(shí)，程序的時(shí)序圖。

value1 = count;  value2 = count;

時(shí)序圖如下：

如上圖所示：

1. 時(shí)刻n，主線程獲得mutex，從而進(jìn)入臨界區(qū);
   

2. 時(shí)刻n+1，時(shí)間片到了，切換到子線程;

3. n+2時(shí)刻子線程申請(qǐng)不到鎖mutex，所以放棄cpu，進(jìn)入休眠;

4. n+3時(shí)刻，主線程釋放mutex，離開(kāi)臨界區(qū)，并喚醒阻塞在mutex的子線程，子線程申請(qǐng)到mutex，進(jìn)入臨界區(qū);

5. n+4時(shí)刻，子線程離開(kāi)臨界區(qū)，釋放mutex。

可以看到，加鎖之后，即使主線程在value2 =count;  之前產(chǎn)生了調(diào)度，子線程由于獲取不到mutex，會(huì)進(jìn)入休眠，只有主線程出了臨界區(qū)，子線程才能獲得mutex，訪問(wèn)value1和value2,就永遠(yuǎn)不會(huì)打印信息，就實(shí)現(xiàn)了我們預(yù)期的代碼時(shí)序。

感謝各位的閱讀，以上就是“線程調(diào)度的隨機(jī)性有哪些”的內(nèi)容了，經(jīng)過(guò)本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)線程調(diào)度的隨機(jī)性有哪些這一問(wèn)題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！