我的多线程C程序运行以下例程：

#define NUM_LOOP 500000000
long long sum = 0;

void* add_offset(void *n){
        int offset = *(int*)n;
        for(int i = 0; i<NUM_LOOP; i++) sum += offset;
        pthread_exit(NULL);
}

当然,应该通过获取锁来更新总和,但是在此之前,我对这个简单程序的运行时间有疑问.

当主要功能是(单线程)时：

int main(void){

        pthread_t tid1;
        int offset1 = 1;
        pthread_create(&tid1,NULL,add_offset,&offset1);
        pthread_join(tid1,NULL);
        printf("sum = %lld\n",sum); 
        return 0;
}

输出和运行时间为：

sum = 500000000

real    0m0.686s
user    0m0.680s
sys     0m0.000s

当主要功能是(多线程顺序)时：

int main(void){

        pthread_t tid1;
        int offset1 = 1;
        pthread_create(&tid1,NULL,add_offset,&offset1);
        pthread_join(tid1,NULL);

        pthread_t tid2;
        int offset2 = -1;
        pthread_create(&tid2,NULL,add_offset,&offset2);
        pthread_join(tid2,NULL);

        printf("sum = %lld\n",sum);

        return 0;
}

输出和运行时间为：

sum = 0

real    0m1.362s
user    0m1.356s
sys     0m0.000s

到目前为止,程序已按预期运行.但是当主要功能是(多线程并发)时：

int main(void){

        pthread_t tid1;
        int offset1 = 1;
        pthread_create(&tid1,NULL,add_offset,&offset1);

        pthread_t tid2;
        int offset2 = -1;
        pthread_create(&tid2,NULL,add_offset,&offset2);

        pthread_join(tid1,NULL);
        pthread_join(tid2,NULL);

        printf("sum = %lld\n",sum);

        return 0;
}

输出和运行时间为：

sum = 166845932

real    0m2.087s
user    0m3.876s
sys     0m0.004s

由于缺少同步,sum的错误值不是问题,而是运行时间.并发执行的实际运行时间远远超过顺序执行的时间.它与多核CPU中并发执行的预期相反.

请在这里说明可能是什么问题.

解决方法:

如果多个线程访问相同的共享状态(至少在x86上),这并非罕见.通常称为cache line ping-pong：

每当一个内核想要更新该变量的值时,它首先必须从另一内核获取缓存行的“所有权”(锁定写入的缓存行),这需要一些时间.然后另一个核心要回缓存行…

因此,即使没有同步原语,与顺序情况相比,您仍要付出可观的开销.