用純軟件來(lái)代替Mutex互斥鎖的方法可以用在多線程中嗎?
一、前言
在上一篇文章中,介紹了一種純軟件算法,用來(lái)實(shí)現(xiàn)臨界區(qū)的保護(hù)功能。
首先明確一下:如果利用操作系統(tǒng)提供的互斥鎖可以實(shí)現(xiàn)我需要的功能,我肯定使用互斥鎖,之所以介紹 Peterson 這個(gè)算法,主要是因?yàn)樗容^有意思,很小巧,可以為我們帶來(lái)一些“規(guī)范的”編程之外的一些想法。
后臺(tái)也有一些小伙伴對(duì)這個(gè)算法發(fā)表了一些留言,只要有想法都非常好,就怕不去想。
其中有位朋友提到,這個(gè)算法只能用在 2 個(gè)線程中,是否有其他的類似算法,可以用在多線程中?
晚上下班后,我就花了點(diǎn)時(shí)間找到下面的這個(gè)算法,分享一下!
二、Micha Hofri 算法
這個(gè)算法我沒(méi)有找到名字,暫且以作者的名字來(lái)稱呼這個(gè)算法吧!
算法截圖:
從算法的主體代碼看,Hofri 算法主要是擴(kuò)展了 Peterson 算法,都是使用 2 個(gè)全局變量數(shù)組來(lái)控制哪個(gè)線程可以進(jìn)入臨界區(qū)。
這個(gè)算法的論證比較復(fù)雜,都是一些數(shù)學(xué)方面的證明,文章在這里:Proof of a Mutual Exclusion Algorithm-- A `Class'ic Example, 1989 年發(fā)表,感興趣的小伙伴可以自行去燒腦研究。
三、測(cè)試代碼
// 線程操作的資源
static int num = 0;
// 創(chuàng)建 10 個(gè)線程
#define THREAD_NUM 10
// 這 2 個(gè)全局變量控制算法
int flag[THREAD_NUM] = {0 };
int turn[THREAD_NUM - 1] = {0};
// 這是線程函數(shù)
void *thread_routine(void *arg)
{
int index = *(int *)arg;
for (int i = 0; i < 10000; ++i) // 線程循環(huán)次數(shù)
{
for (int j = 1; j < THREAD_NUM - 1; j++)
{
flag[index] = j;
turn[j] = index;
L:
for (int k = 1; k < THREAD_NUM; ++k)
{
if (k == index) continue;
if ((flag[k] >= j) && turn[j] == index)
goto L;
}
}
flag[index] = THREAD_NUM;
// 關(guān)鍵代碼段
num++;
flag[index] = 0;
}
return NULL;
}
void test()
{
// 用來(lái)傳遞線程的索引
int index[THREAD_NUM] = {0};
創(chuàng)建多個(gè)線程,執(zhí)行同一個(gè)函數(shù)
pthread_t t[THREAD_NUM];
for (int i = 0; i < THREAD_NUM; ++i)
{
index[i] = i;
pthread_create(&t[i], NULL, thread_routine, &index[i]);
}
}
編譯、執(zhí)行,所有線程執(zhí)行結(jié)束后,共享資源 num 變量可以得到正確的結(jié)果。
四、總結(jié)
還是重復(fù)一下文章開(kāi)頭說(shuō)的話,這里的算法僅僅是說(shuō)明它可以完成保護(hù)臨界區(qū)的功能,但是在實(shí)際項(xiàng)目中,真心不建議這么來(lái)用,畢竟代碼的可維護(hù)性是非常重要的!

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