c - 试图理解 C 中的竞争条件/线程

Question

对于陈述者，我不是 CS 本科生，但正在攻读 CS 硕士。因此，我欢迎任何愿意提供帮助的人。

这样做的目的是在 2-4 之间创建 N 个线程，然后使用随机生成的小写字符数组，将它们变成大写。

这需要使用 N 个线程(执行时由命令行定义)来完成，使用 pthread 尽可能平均地分配工作。

我想问的主要问题是，我是否避免了线程之间的竞争条件？

我也在努力理解线程之间的工作分配。据我了解(如果我错了请纠正我)，通常在执行期间会随机选择运行的线程。所以，我假设我需要做一些事情，在 N 个线程之间动态划分数组并设置它，以便每个线程将执行数组相同大小的子部分的大写？

我知道我的代码中可能还有许多其他差异需要改进，但我的编码时间不长，大约一个月前才开始使用 C/C++。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <time.h>
#include <pthread.h>
#include <ctype.h>

//Global variable for threads
char randChars[60];
int j=0;

//Used to avoid race conditions
pthread_mutex_t mutex1 = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;

//Establish the threads
void* upperThread(void* argp)
{
    while(randChars[j])
    {
        pthread_mutex_lock( &mutex1 );
        putchar (toupper(randChars[j]));
        j++;
        pthread_mutex_unlock( &mutex1 );
    }

return NULL;

}

int main(int argc, char **argv)
{
    //Initializae variables and thread
    int N,randNum,t;
    long i;
    pthread_t pth[N];
    pthread_mutex_init(&mutex1, NULL);
    char randChar = ' ';

    //Check number of command inputs given
    if(argc!=2)
    {
        fprintf(stderr,"usage: %s <enter a value for N>\n", argv[0]);
        exit(0);
    }

    N = atoi(argv[1]);

    //Checks command inputs for correct values
    if(N<2||N>4){
        printf("Please input a value between 2 and 4 for the number of threads.\n");
        exit(0);
    }

    //Seed random to create a randomized value
    srand(time(NULL));
    printf("original lower case version:\n");

    for (i=0; i<61; i++)
    {
        //Generate a random integer in lower alphabetical range
        randNum = rand()%26;
        randNum = randNum+97;

        //Convert int to char and add to array
        randChar = (char) randNum;
        randChars[i] = randChar;
        printf("%c", randChar);
    }

    //Create N threads
    for (i=0; i<N; i++)
    {
        pthread_create(pth + i, NULL, upperThread, (void *)i);
    }

    printf("\n\nupper case version:\n");

    //Join the threads
    for(t=0; t < N; t++)
    {
        pthread_join(pth[t], NULL);
    }
    printf("\n");

    pthread_exit(NULL);

    return 0;
}

Answer 1

您提供的示例不是一个好的多线程程序。原因是您的线程将不断等待持有锁的线程。这基本上使您的程序顺序。我会将您的 upperThread 更改为

void* upperThread(void* argp){
    int temp;
    while(randChars[j]){
            pthread_mutex_lock( &mutex1 );
            temp = j;     
            j++;
            pthread_mutex_unlock( &mutex1 );

            putchar (toupper(randChars[temp]));
        }

    return NULL;

}

这样您的线程将等待一个持有锁的线程，直到它提取 j 的值，递增它并释放锁，然后执行其余操作。

一般规则是只有在处理临界区 或临界数据 时才需要获取锁，在这种情况下它是字符串的索引。阅读有关关键部分和赛车条件的信息 here