用纯软件来代替Mutex互斥锁的方法可以用在多线程中吗?

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一、前言

在上一篇文章中,介绍了一种纯软件算法,用来实现临界区的保护功能。

首先明确一下:如果利用操作系统提供的互斥锁可以实现我需要的功能,我肯定使用互斥锁,之所以介绍 Peterson 这个算法,主要是因为它比较有意思,很小巧,可以为我们带来一些“规范的”编程之外的一些想法。

后台也有一些小伙伴对这个算法发表了一些留言,只要有想法都非常好,就怕不去想。

其中有位朋友提到,这个算法只能用在 2 个线程中,是否有其他的类似算法,可以用在多线程中?

晚上下班后,我就花了点时间找到下面的这个算法,分享一下!

二、Micha Hofri 算法

这个算法我没有找到名字,暂且以作者的名字来称呼这个算法吧!

算法截图:

从算法的主体代码看,Hofri 算法主要是扩展了 Peterson 算法,都是使用 2 个全局变量数组来控制哪个线程可以进入临界区。

这个算法的论证比较复杂,都是一些数学方面的证明,文章在这里:Proof of a Mutual Exclusion Algorithm-- A `Class'ic Example, 1989 年发表,感兴趣的小伙伴可以自行去烧脑研究。

三、测试代码 

// 线程操作的资源
static int num = 0;
// 创建 10 个线程
#define THREAD_NUM      10
// 这 2 个全局变量控制算法
int flag[THREAD_NUM] = {0 };
int turn[THREAD_NUM - 1] = {0};
// 这是线程函数
void *thread_routine(void *arg)

   int index = *(int *)arg;
   for (int i = 0; i < 10000; ++i) // 线程循环次数
   {
       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;
       // 关键代码段
       num++;
       flag[index] = 0;
   }
   return NULL;

void test()

   // 用来传递线程的索引
   int index[THREAD_NUM] = {0};
   创建多个线程,执行同一个函数
   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]);
   }

编译、执行,所有线程执行结束后,共享资源 num 变量可以得到正确的结果。

四、总结

还是重复一下文章开头说的话,这里的算法仅仅是说明它可以完成保护临界区的功能,但是在实际项目中,真心不建议这么来用,毕竟代码的可维护性是非常重要的!


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