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linux多线程并发编程的一些本质问题

分类: golang编程 | 浏览: 247

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正文

这是个老掉牙的话题，但基本上绝大多数的讨论都跑偏了。

绝大多数讨论的核心在于 如何设计一把锁来同步共享变量的访问。 这事实上完全是本末倒置：

  • 我们需要设计的一个立交桥，而不是为了设计一个红绿灯！

    • 事实上，多线程编程就不应该访问共享变量，如果真的要在多线程访问共享变量，唯一高效的方案就是 严格控制时序。 嗯，先来后到是唯一的方法。至于说设计这样那样的锁，那完全是惰政，只是为了防止出问题而已。

    早在100多年前，就可以在同一根电话线上传输不同的话路，这得益于严格的时隙分配和复用机制，后来时代进步了，事情反而变得糟糕了，这完全是由于另一种时隙复用方式引起的，那便是时隙统计复用。现代操作系统和现代分组交换网是这种复用方式的忠实践行者。

    我并不认为统计复用是一种高效的方式，它也许只是面对多样化场景而不得不采用的一种方案。在我看来，若单单讨论高效，没有什么比严格的时隙复用更好的了。

    我来举一个例子。4个线程访问共享变量。

    首先看一个稍微严格的方案，严格分配访问顺序： 

     # include  <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <semaphore.h>

sem_t sem1;
sem_t sem2;
sem_t sem3;
sem_t sem4;

unsigned long cnt = 0;
#define TARGET0xffffff

 void  do_work()
{
int i;
for(i = 0; i < TARGET; i++) {
cnt ++;
}
}

void worker_thread1(void)
{
sem_wait(&sem1);
do_work();
sem_post(&sem2);
}

void worker_thread2(void)
{
sem_wait(&sem2);
do_work();
sem_post(&sem3);
}

void worker_thread3(void)
{
sem_wait(&sem3);
do_work();
sem_post(&sem4);
}

void worker_thread4(void)
{
sem_wait(&sem4);
do_work();
printf("%lx\n", cnt);
exit(0);
}

int main()
{
    pthread_t id1 ,id2, id3, id4;

    sem_init(&sem1, 0, 0);
    sem_init(&sem2, 0, 0);
    sem_init(&sem3, 0, 0);
    sem_init(&sem4, 0, 0);

pthread_create(&id1, NULL, (void *)worker_thread1, NULL);
pthread_create(&id2, NULL, (void *)worker_thread2, NULL);
    pthread_create(&id3, NULL, (void *)worker_thread3, NULL);
    pthread_create(&id4, NULL, (void *)worker_thread4, NULL);

sem_post(&sem1);

 getchar ();
return 0;

}
123456789101112131415161718192021222324252627282930313233343536373839404142434445464748495051525354555657585960616263646566676869

    然后我们看看更加普遍的做法，即加锁的方案： 

     #include <stdio.h>
#include <pthread.h>

pthread_spinlock_t spinlock;

unsigned long cnt = 0;
#define TARGET0xffffff

void do_work()
{
int i;
for(i = 0; i < TARGET; i++) {
pthread_spin_lock(&spinlock);
cnt ++;
pthread_spin_unlock(&spinlock);
}
if (cnt == 4*TARGET) {
printf("%lx\n", cnt);
exit(0);
}
}

void worker_thread1(void)
{
do_work();
}

void worker_thread2(void)
{
do_work();
}

void worker_thread3(void)
{
do_work();
}

void worker_thread4(void)
{
do_work();
}

int main()
{
    pthread_t id1 ,id2, id3, id4;

pthread_spin_init(&spinlock, 0);

pthread_create(&id1, NULL, (void *)worker_thread1, NULL);
pthread_create(&id2, NULL, (void *)worker_thread2, NULL);
pthread_create(&id3, NULL, (void *)worker_thread3, NULL);
    pthread_create(&id4, NULL, (void *)worker_thread4, NULL);
    
getchar();
}
12345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940414243444546474849505152535455

    【文章福利】需要C/C++ Linux服务器架构师学习资料加群812855908（资料包括C/C++，Linux，golang技术，Nginx，ZeroMQ，MySQL，Redis，fastdfs，MongoDB，ZK，流媒体，CDN，P2P，K8S，Docker，TCP/IP，协程，DPDK，ffmpeg等）

    现在比较一下二者的效率差异： 

     [ root @localhost linux]# time ./pv
3fffffc

real0m0.171s
user0m0.165s
sys0m0.005s
[root@localhost linux]# time ./spin
3fffffc

real0m4.852s
user0m19.097s
sys0m0.035s

    和直觉相反，也许你会觉得，第一个例子那不就是退化成串行操作了吗？多处理器的优势岂不是无法发挥了？第二个才是多线程编程正确的姿势啊！

    事实上，对于共享变量，无论如何它都是必须要串行访问的。这种代码根本就无法多线程化。所以，真正的多线程程序设计：

  • 一定要消除共享变量。
  • 若非要共享变量，那就一定严格控制访问时序，而不是靠抢锁来控制并发。

    • 现在来看看 Linux内核 ，大量的spinlock并不是真的让内核多线程化了，而纯粹是为了 “如果不引入spinlock就会出问题…”

    RSS，percpu spinlock似乎是正确的把式，但若要将已经被揉成乱麻的Linux内核彻底抽丝剥茧般的共享变量串行化，似乎并不容易，更何况，中断是无法控制其时序的，那么中断处理线程化如何呢？似乎效果也不是很好。

    遇到并发效率问题，如果你去设计一把牛逼的锁，那事实上你是承认了问题的所在但并不想去解决问题，这是一种消极的应对。

    锁，万恶之源。取消共享变量或者控制时序才是真理。

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