本文内容纲要：

- 1.单核并发问题

- Q: 为什么GO代码单核没有问题，多核有问题

- Q: 多核为什么有并发问题?

- 对于go

- 对于c

- TODO

- 加锁的2种底层实现

- Q: 问：如何实现x++的原子性？

- 参考资料

主要回答一下几个问题
1.单核并发问题
2.多核并发问题
2.几个不正确的同步案例

1.单核并发问题

  • 先看一段go(1.11)代码: 单核CPU,1万个携程,每个携程执行100次+1操作, 思考n最终会打印多少?

    package main import ( "fmt" "time" "runtime" "sync" ) var n int var wg sync.WaitGroup

    func main() { runtime.GOMAXPROCS(1) //单核 // runtime.GOMAXPROCS(2) //多核 wg.Add(10000) for i:=0;i<10000;i++{ go add() } wg.Wait() fmt.Println("累加结果:",n) } func add() { for i := 0; i < 100; i++ { n++ time.Sleep(1) } wg.Done() } //output 单核 累加结果: 1000000 //output 多核 累加结果: 970820

  • 对比一段c语言多线程代码(单核运行)，思考TestInteger会打印多少

    // 编译: gcc main.c -o main -plthread // 运行: ./main.exe #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <pthread.h> // 重定义数据类型 typedef signed int INT32; typedef unsigned int UINT32; // 宏定义 #define THREAD_NUM 2 // 线程个数 UINT32 g_iTestInteger = 0; // 函数声明 void ProcessTask(void pParam); int main(void) { pthread_t MultiHandle = 0; // 多线程句柄 UINT32 iLoopFlag = 0; INT32 iRetVal = 0; // 创建线程函数的返回值 // 循环创建线程 for (iLoopFlag = 0; iLoopFlag < THREAD_NUM; iLoopFlag ++) { iRetVal = pthread_create(&MultiHandle, NULL, (void * ()(void *))(&ProcessTask), (void )iLoopFlag); if (0 != iRetVal) { printf("Create ProcessTask %d failed!\n", iLoopFlag); return -1; } } Sleep(2000); / windows 使用Sleep，参数为毫秒 */ printf("In main, TestInteger = %d\n", g_iTestInteger); return 0;
    } void ProcessTask(void pParam){ for (int i = 0;i<100;i++){ g_iTestInteger ++; Sleep(1); / windows 使用Sleep，参数为毫秒 */ } } //output In main, TestInteger = 198

Q: 单核环境下,对于n++问题,go为什么没有并发问题,而c语言有并发问题?
A:

  1. n++对应的汇编指令是3条.
    1.1 加载: 加载n到寄存器,
    1.2 更新: 更新寄存器(n+1)
    1.3 存储(写回内存): 把寄存器的值存储到内存中n对应的内存地址中
    参考<深入理解计算机系统第3版>12.3小节的图12-18b:
    Image

  2. c语言的多线程调度是抢占式的,多线程的上下文切换可以发生在任何指令之间(TODO除了少数原子指令)。
    所以c语言是有并发问题的。

  3. go的非抢占式调度携程, 上述代码只在函数调用时触发协程切换(go1.14版本以前,调用sleep时触发调用), 所以n++的3个指令可以一次执行完成,然后进入sleep才切换到另一个go携程,所以每个携程的n++是串行执行的,即使用1万个携程来测试也没有并发问题:

    0++ sleep切换 1++ sleep切换 打印2,退出

总结:go在sleep时才发生协程切换，c语言的多线程切换可能发生在任何指令处，两者的切换粒度不一样。

TODO:go1.11具体是怎么一个非抢占式度。

Q: 为什么GO代码单核没有问题，多核有问题

参考附录1

  1. 在单核CUP的情况下，每个CPU只会运行一个go携程，并且每个go携程执行时不会中断n++的指令，所以至少这些携程的n++语句是串行执行的，所以不会有并发问题。

  2. 在多核的情况下，多个CPU可以同时运行多个go携程，即使n++不被中断，但是由于多个携程同时读取相同的内存值，会出现后提交覆盖先提交的情况，所以会导致并发问题。

    您说的没错，我写了一段新的代码 https://play.studygolang.com/p/NkQhyGaMtnF

    1. 这段代码在playground上是没有并发问题的。是因为playgound的执行环境是单核CPU，由于go携程是非抢占式调度的，所以每个时刻其实只有一个携程在执行CompareAndSwapInt64进行+1操作，所以是不会有并发冲突的。
    2. 这段代码在本机的多核环境下运行是有并发问题的。因为每个时刻有多个CPU在同时执行多个go携程，那么就会有多个携程同时读到同一个G_Int的情况，在go携程把更新后的值写回内存时，就会发生Compare失败的情况。
Q: 多核为什么有并发问题?

A:

对于go

尽管携程是非抢占式调度的，但是如果有多核的话，就有多个P来同时执行携程。TODO

对于c

  1. 同时多个cpu读取到了相同的n，后提交的线程会把先提交的线程的n++结果覆盖掉,导致部分线程加1操作丢失。
    Image

Q: 加锁时如何解决c语言的多核多线程并发问题
A:

  1. 锁的两种底层原理
    总线锁:
    缓存锁:
TODO 
能够在一个指令中完成的操作中断只发生在指令间
加锁的2种底层实现

Image
然后加锁操作的话，对应图中就是对cpu总线加锁，使得同一时刻只有一个cpu能访问内存。但是这个效率比较低，于是有了基于cpu缓存的锁。
加锁的2种底层实现，我在这看的：https://mp.weixin.qq.com/s/RDEQSOjrSBVYVq6LV5MslQ

Q: 问：如何实现x++的原子性？ 
读取内存值，修改，写回内存三步期间
参考资料

本文内容总结：1.单核并发问题，Q: 为什么GO代码单核没有问题，多核有问题，Q: 多核为什么有并发问题?，对于go，对于c，TODO，加锁的2种底层实现，Q: 问：如何实现x++的原子性？，参考资料，