c - 使用互斥体的 Pthread 同步未正确同步单词

Question

该程序的目标是使用多线程逐字复制用户输入所获取的字符串。每个线程每隔四个单词复制一次，例如第一个线程复制第一个和第五个单词，第二个线程复制第二个和第六个单词，依此类推。我对互斥体做了很多研究，我相信我已经正确实现了互斥锁然而，该字符串在打印时仍然显示为困惑的废话。有人可以解释为什么线程不同步吗？

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

void *processString(void *);

char msg1[100];
char msg2[100];
char * reg;
char * token;
char * tokens[10];
pthread_mutex_t lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
pthread_cond_t = PTHREAD_COND_INITIALIZER;

int main(){
    int i = 0, j;
    pthread_t workers[4];

    printf("Please input a string of words separated by whitespace characters: \n");
    scanf("%99[^\n]", msg1); //take in a full string including whitespace characters

    //tokenize string into individual words
    token = strtok(msg1, " ");  
    while(token != NULL){
        tokens[i] = (char *) malloc (sizeof(token));
        tokens[i] = token;
        token = strtok(NULL, " ");
        i++;
    }

    for(j = 0; j < 4; j++){
        if(pthread_create(&workers[j], NULL, processString, (void *) j))
            printf("Error creating pthreads");
    }

    for(i = 0; i < 4; i++){
        pthread_join(workers[i], NULL);
    }
    pthread_mutex_destroy(&lock);

    printf("%s\n", msg2);

    return 0;
}

//each thread copies every fourth word
void *processString(void *ptr){
    int j = (int) ptr, i = 0;

    pthread_mutex_lock(&lock);

    while(tokens[i * 4 + j] != NULL){   
        reg = (char *) malloc (sizeof(tokens[i * 4 + j]));
        reg = tokens[i * 4 + j];
        strcat(msg2, reg);
        strcat(msg2, " ");
        i++;
    }

    pthread_mutex_unlock(&lock);
    return NULL;
}

Answer 1

正如 @EOF 在评论中所写，互斥体仅提供互斥。它们防止多个协作线程同时运行，但它们本身并不提供对此类线程获取它们的顺序的任何控制。此外，正如我自己在评论中所描述的，互斥体确实提供互斥:如果一个线程持有互斥体，那么其他线程将无法获取该互斥体，也无法继续尝试这样做，直到该互斥体被释放。

没有直接提供使线程轮流的 native 同步对象。毕竟，这通常不是您希望线程执行的操作。您可以使用信号量来安排它，但是当您添加更多线程时，这很快就会变得困惑。一个非常干净的解决方案涉及使用共享全局变量来指示轮到哪个线程运行。对该变量的访问必须受到互斥体的保护，因为所有涉及的线程都必须读取和写入它，但这样做有一个问题:如果当前持有互斥体的线程不是轮到运行的线程怎么办？/p>

所有线程都可以循环，不断获取互斥体，测试变量，然后继续或释放互斥体。不幸的是，这样的繁忙等待往往会表现得很差，并且一般来说，您不能确信在执行中的任何给定点取得进展的线程将设法在有限的时间内获取互斥体。

这就是 condition variables条件变量是一个同步对象，它允许任意数量的线程挂起事件，直到满足某个条件(由另一个非挂起线程判断)。使用这样的工具可以避免性能消耗的忙等待，并且在您的情况下，它可以帮助确保所有线程都有机会在有限的时间内运行。条件变量的通用每线程使用模型如下:

1. 获取保护共享变量的互斥体，通过该互斥体判断是否可以继续
2. 测试我是否可以继续。如果是，请跳至步骤 5。
3. 我现在无法继续。对条件变量执行等待。
4. 我已经从等待中醒来；返回步骤 2。
5. 做我需要做的工作。
6. 广播信号以唤醒等待条件变量的所有线程。
7. 释放互斥锁。

这方面的变化是可能的，但我建议您不要改变它，除非您确切地知道为什么要这样做，并且确切地知道为什么您想到的变化是安全的。另请注意，当线程对与给定互斥体关联的条件变量执行等待时，它会在等待时自动释放该互斥体，并在从等待返回之前重新获取它。这允许其他线程同时继续，特别是等待相同的条件变量。

当它适用于您的问题时，您希望线程测试的共享状态是前面提到的变量，该变量指示轮到哪个线程，并且您希望线程等待的条件是它已成为不同线程的状态转(但这在使用条件变量的方式中是隐含的；条件变量本身是通用的)。另请注意，这意味着每个线程在向其他线程发出信号之前必须执行的部分工作是更新轮到哪个线程。由于每个线程可能需要多次轮流，因此您需要将整个过程包装在一个循环中。