Книга: Основы программирования в Linux

Потоки в изобилии

Потоки в изобилии

До настоящего момента у нас всегда был обычный поток исполнения программы, создающий еще только один поток. Тем не менее мы не хотим, чтобы вы думали, что можно создать только один дополнительный поток (упражнение 12.8).

В заключительном примере этой главы thread8.c мы покажем, как создать несколько потоков в одной и той же программе и затем собрать их снова в последовательности, отличающейся от порядка их создания.

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <pthread.h>
#define NUM_THREADS 6
void *thread_function(void *arg);
int main() {
 int res;
 pthread_t a_thread[NUM_THREADS];
 void *thread_result;
 int lots_of_threads;
 for (lots_of_threads = 0; lots_of_threads < NUM_THREADS; lots_of_threads++) {
  res = pthread_create(&(a_thread[lots_of_threads]), NULL, thread_function, (void*)&lots_of_threads);
  if (res != 0) {
   perror("Thread creation failed");
   exit(EXIT_FAILURE);
  }
  sleep(1);
 }
 printf("Waiting for threads' to finish...n");
 for(lots of_threads = NUM_THREADS - 1; lots_of_threads >= 0; lots_of_threads--) {
  res = pthread_join(a_thread[lots_of_threads], &thread_result);
  if (res == 0) {
   printf("Picked up a threadn");
  } else {
   perror("pthread_join failed");
  }
 }
 printf("All donen");
 exit(EXIT_SUCCESS);
}
void *thread_function(void *arg) {
 int my_number = *(int*)arg;
 int rand_num;
 printf("thread_function is running. Argument was %dn", my_number);
 rand_num = 1 + (int)(9.0*rand() / (RAND_MAX+1.0));
 sleep(rand_num);
 printf("Bye from %dn", my_number);
 pthread_exit(NULL);
}

Выполнив эту программу, вы получите следующий вывод:

$ ./thread8
thread_function is running. Argument was 0
thread_function is running. Argument was 1
thread_function is running. Argument was 2
thread_function is running. Argument was 3
thread_function is running. Argument was 4
Bye from 1
thread_function is running. Argument was 5
Waiting for threads to finish...
Bye from 5
Picked up a thread
Bye from 0
Bye from 2
Bye from 3
Bye from 4
Picked up a thread
Picked up a thread
Picked up a thread
Picked up a thread
Picked up a thread
All done

Как видите, вы создали много потоков и разрешили им завершаться в произвольной последовательности. В этой программе есть маленькая ошибка, которая проявит себя, если вы удалите вызов sleep из цикла, запускающего потоки. Мы включили ее, чтобы показать, как вы должны быть внимательны при написании программ, применяющих потоки. Вы нашли ее? В следующем разд. "Как это работает" будет дано объяснение.

Как это работает

На сей раз вы создаете массив идентификаторов потоков:

pthread_t a_thread[NUM_THREADS];

и заключаете в цикл создание нескольких потоков:

for (lots_of_threads = 0; lots_of_threads < NUM_THREADS; lots_of_threads++) {
 res = pthread_create(&(a_thread[lots_of_threads]), NULL,
  thread_function, (void *)&lots_of_threads);
 if (res != 0) {
  perror("Thread creation failed");
  exit(EXIT_FAILURE);
 }
 sleep(1);
}

Затем потоки сами по себе ждут в течение случайного промежутка времени, прежде чем начать выполнение:

void *thread_function(void *arg) {
 int my_number = *(int *)arg;
 int rand_num;
 printf("thread_function is running. Argument was %dn", my_number);
 rand_num = 1+(int)(9.0* rand()/(RAND_MAX+1.0));
 sleep(randnum);
 printf("Bye from %dn", my_number);
 pthread_exit(NULL);
}

В это время в основном (исходном) потоке вы ждете, чтобы собрать потоки, но не в том порядке, в каком вы их создали:

for (lots_of_threads = NUM_THREADS - 1; lots_of_threads >= 0; lots_of_threads--) {
 res = pthread_join(a_thread[lots_of__threads], &thread_result);
 if (res == 0) {
  printf("Picked up a threadn");
 } else {
  perror("pthread_join failed");
 }
}

Если вы попробуете выполнить программу без вызова sleep, то увидите странный эффект: некоторые потоки запускаются с одним и тем же номером, например, вы можете получить вывод, похожий на следующий:

thread_function is running. Argument was 0
thread_function is running. Argument was 2
thread_function is running. Argument was 2
thread_function is running. Argument was 4
thread_function is running. Argument was 4
thread_function is running. Argument was 5
Waiting for threads to finish...
Bye from 5
Picked up a thread
Bye from 2
Bye from 0
Bye from 2
Bye from 4
Bye from 4
Picked up a thread
Picked up a thread
Picked up a thread
Picked up a thread
Picked up a thread
All done

Вы догадались, что произошло? Потоки запускаются, используя локальную переменную как аргумент функции потока. Эта переменная обновляется в цикле. Далее приведены ошибочные строки:

for (lots_of_threads = 0; lots_of_threads < NUM_THREADS; lots_of_threads++) {
 res = pthread_create(&(a_thread[lots_of_threads]), NULL,
  thread_function, (void *)&lots_of_threads);

Если поток main выполняется достаточно быстро, он может искажать аргумент (lots_of_threads) для некоторых потоков. Поведение, подобное этому, наблюдается, когда недостаточно внимания уделяется совместно используемым переменным и множественным путям исполнения (multiple execution paths). Мы предупреждали вас о том, что программирование потоков требует повышенного внимания при разработке! Для исправления ошибки вам следует передавать непосредственно значение следующим образом:

res = pthread_create(&(a_thread[lots_of_threads]), NULL,
 thread_function, (void *)lots_of_threads);

и конечно изменить thread_function:

void *thread_function(void *arg) {
 int my_number = (int)arg;

Все исправления, выделенные цветом, показаны в программе thread8a.c.

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <pthread.h>
#define NUM_THREADS 6
void *thread_function(void *arg);
int main() {
 int res;
 pthread_t a_thread[NUM_THREADS];
 void *thread_result;
 int lots_of_threads;
 for (lots_of_threads = 0; lots_of_threads < NUM_THREADS; lots_of_threads++) {
  res = pthread_create(&(a_thread[lots_of_thread]), NULL,
   thread_function, (void*)lots_оf_threads);
  if (res != 0) {
   perror("Thread creation failed");
   exit(EXIT_FAILURE);
  }
 }
 printf("Waiting for threads to finish...n");
 for (lots_of_threads = NUM_THREADS - 1; lots_of_threads >= 0;
  lots of threads--) {
  res = pthread_join(a_thread[lots_of_threads], &thread_result);
  if (res == 0) {
   printf("Picked up a threadn");
  } else {
   perror("pthread_join failed");
  }
 }
 printf("All donen");
 exit(EXIT_SUCCESS);
}
void* thread_function(void* arg) {
 int my_number = (int)arg;
 int rand_num;
 printf("thread_function is running. Argument was %dn", my_number);
 rand_num = 1+(int)(9.0*rand()/(RAND_MAX+1.0));
 sleep(rand_num);
 printf("Bye from %dn", my_number);
 pthread_exit(NULL);
}

Оглавление книги