多线程程序设计中的常见问题.ppt
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1、多线程程序设计中的常见问题 内容 线程过多 数据竞争、死锁和活锁 线程安全函数和库 1. 线程过多 线程是否是越多越好? 多线程目的是为不同程序合理地安排运行时 间,充分利用系统资源 过多的线程可能会严重影响程序的性能。 将给定的工作量划分给过多的线程会造成每个线 程的工作量过少,因此可能导致线程启动和终止 的开销比程序实际工作的开销还要多; 过多并发线程的存在将导致共享有限硬件资源的 开销增大。 1. 线程过多 当软件线程的个数超过CPU核数时, 支持抢占式多任务处理的操作系统一般 会采用时间片轮转调度的方案。 当系统从一个软件线程切换到另一个软 件线程时,它将保存被抢占的软件线程 的线程上
2、下文,并重新加载线程队列中 下一个软件线程的上下文。 1. 线程过多 操作系统的时间片轮转调度方案也将引入额 外开销,随着软件线程的增多,这种开销将 会急剧增加,进而降低系统性能,这种开销 有以下几种: 线程间切换时保存和恢复进程寄存器的开销。随 着线程数目的增加,系统分给每个线程的时间片 相应减少; 使用时间片机制的时候,保存和恢复线程使用的 cache的开销则是更敏感的一种开销。 线程对主存的争夺,导致性能上的损失。 1. 线程过多 还存在一个性质不同,后果可能更加严 重的问题。 护航,指线程聚集在一起,等待获取某一 个锁。某个线程持有一个锁,并且用完了 自己的时间片,所有等待这个锁的线程
3、必 须等待这个线程被唤醒并且释放锁。 1. 线程过多 最好的解决方案: 根据实际情况,使用尽可能少的线程,这样可 以最大限度地减少操作系统资源的使用,并可 提高性能。 不要硬性规定线程的个数,将其作为一个可调 节的参数。OpenMP可以根据需要近两使用 最优数量的线程个数。 使用线程池 2. 数据竞争、死锁和活锁 数据竞争 对共享数据的非同步访问会引发数据竞争 ,程序结果将以不确定的方式依赖两个或 多个线程的相对时间特性。 一个线程可能能够在其时间片执行全部代码,也有可能 只执行其中一部分代码,这就可能出现数据竞争 数据竞争 数据竞争 对共享数据的非同步访问会引起数据竞争 同步访问,如果同步层
4、次比较低,也可能存 在数据竞争。 arraylist容器用于包含一系列不重复的对象 ,所以在将一个对象加入arraylist之前,要 检查该对象是否已经在arraylist里边,虽然 保证arraylist的每个操作不会出现数据竞争 ,但是这些操作的组合可能引发高层次的数 据竞争。 数据竞争 死锁和活锁 有大量的同步策略可以解决数据竞争问 题,其中最简单的就是锁。 锁在一定程度上能避免数据竞争,但是 也给软件开发带来了严重问题。 最主要的问题是,锁不具有可组合性。 造成组装失败的祸首是死锁。 死锁和活锁 死锁发生的四个条件: 互斥(对共享资源的访问是互斥的) 占有并等待 非抢占(资源不能抢占)
5、 循环等待 只要破坏以上条件就可以避免死锁 死锁和活锁 避免死锁 最好的方法是复制原本需要互斥访问的资 源 如果资源无法复制,则按照一定的顺序获 取资源(锁),保持一致的锁获取顺序可 避免死锁环的出现。 每个线程按顺序申请资源锁 给每个资源锁分配一个唯一的整数,以 允许用户比较两个资源锁以确定其先后 顺序。 按地址给锁排序 要求线程知道将要访问的锁地址,才能 访问锁 活锁 活锁是不公平的资源分配策略引起的, 一般可以采用先来先服务的策略解决 线程安全函数和库 为了保证资源的完整性,多线程程序中 所使用的代码必须是可重入的和线程安 全的。 可重入的和线程安全是独立的概念,都 与函数处理资源有关
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