线程可以在不锁定的情况下写入同一结构数组的不同元素吗？

Question

我正在尝试在 GCC C 应用程序中使用线程(这是第一次!)，该应用程序在非线程模式下运行良好。当我运行它时，一些线程给出的结果全为零而不是所需的答案(我知道这是为了检查目的)，但是每次运行它时给出零的线程都不相同。给出非零答案的那些是正确的，因此代码看起来运行正常。我想知道是否有人可以指出我可能有一些非线程安全的地方。

我自己的想法是，这可能是由于我收集结果的方式或内存分配所致——我使用 malloc 和 free，但在 StackOverflow 的其他地方，我看到如果与 -lpthread 链接(我正在做的)，GCC malloc 被认为是线程安全的).没有使用全局/静态变量 - 一切都作为函数参数传递。

为了将结果传回 main，我的线程例程使用了一个结构数组。每个线程写入此数组的不同元素，因此它们不会尝试写入同一内​​存。也许我需要在写入结果时使用某种形式的锁定，即使它们不会转到结构数组的相同元素？

我在这里遵循线程代码的配方: https://computing.llnl.gov/tutorials/pthreads/#Abstract

我附上(简化的)代码摘录，以防这提供任何线索(我可能遗漏/修改了不正确的东西，但我不要求任何人发现错误，只是一般方法)。

typedef struct p_struct { /* used for communicating results back to main */
    int given[CELLS];
    int type;
    int status;
    /*... etc */
} puzstru;

typedef struct params_struct { /* used for calling generate function using threads */
    long seed;
    char *text;
    puzzle *puzzp;
    bool unique;
    int required;
} paramstru;
/* ========================================================================================== */
void *myfunc(void *spv) /* calling routine for use by threads */
{
    paramstru *sp=(paramstru *)spv;
    generate(sp->seed, sp->text, sp->puzzp, sp->unique, sp->required);
    pthread_exit((void*) spv);
}
/* ========================================================================================== */
int generate(long seed, char *text, puzstru *puzzp, bool unique, int required)
{
/* working code , also uses malloc and free,
    puts results in the element of a structure array pointed to by "puzzp", 
    which is different for each thread
    (see calling routine below :        params->puzzp=puz+thr; )
    extract as follows: */
            puzzp->given[ix]=calcgiven[ix];
            puzzp->type=1; 
            puzzp->status=1;
            /* ... etc */
}
/* ========================================================================================== */


int main(int argc, char* argv[])
{
    pthread_t thread[NUM_THREADS];
    pthread_attr_t threadattr;
    int thr,threadretcode;
    void *threadstatus;
    paramstru params[1];

    /* ....... ETC */

/* set up params structure for function calling parameters */
    params->text=mytext;
    params->unique=TRUE;
    params->required=1;

    /* Initialize and set thread detached attribute */
    pthread_attr_init(&threadattr);
    pthread_attr_setdetachstate(&threadattr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);

    for(thr=0; thr<NUM_THREADS; thr++)
    {
        printf("Main: creating thread %d\n", thr);
        params->seed=ran_arr_next(startingseeds); 
        params->puzzp=puz+thr;
        threadretcode = pthread_create(&thread[thr], &threadattr, myfunc, (void *)params); 
        if (threadretcode)
        {
            printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", threadretcode);
            exit(-1);
        }
    }

    /* Free thread attribute and wait for the other threads */
    pthread_attr_destroy(&threadattr);
    for(thr=0; thr<NUM_THREADS; thr++)
    {
        threadretcode = pthread_join(thread[thr], &threadstatus);
        if (threadretcode)
        {
            printf("ERROR; return code from pthread_join() is %d\n", threadretcode);
            exit(-1);
        }
        printf("Main: completed join with thread %d having a status of %ld\n",thr,(long)threadstatus);
    }

/* non-threaded code, print results etc ............. */

    free(startingseeds);
    free(puz);
    printf("Main: program completed. Exiting.\n");
    pthread_exit(NULL);
}

为了阅读本文的其他人的利益 - 所有答案都是正确的，标题中问题的答案是肯定的，线程可以安全地写入同一结构数组的不同元素，我的问题出在调用例程中- 以下是修改后的代码片段(现在可以正常工作):

    paramstru params[NUM_THREADS];

    for(thr=0; thr<NUM_THREADS; thr++)
    {
        printf("Main: creating thread %d\n", thr);
    /* set up params structure for function calling parameters */
        params[thr].text=mytext;
        params[thr].unique=TRUE;
        params[thr].required=1;
        params[thr].seed=ran_arr_next(startingseeds); 
        params[thr].puzzp=puz+thr;
        threadretcode = pthread_create(&thread[thr], &threadattr, myfunc, (void *)&params[thr]); 
        if (threadretcode)
        {
            printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", threadretcode);
            exit(-1);
        }
    }

Answer 1

为了回答您的问题，从不同线程写入同一数组的不同元素而无需锁定是完全没问题的。永远只会有一个 data race如果两个线程在没有同步(例如，锁定)的情况下写入相同的字节。

正如其他答案所指出的，您编写的代码中断的原因是因为您将指向同一 params 对象的指针传递给每个线程，然后修改该对象。您可能想为每个线程创建一个新的 param。