多线程操作共享变量的问题，求大佬解答！

zhang123zzz

volatile 解决多线程中数据不一致  ， 每次读取数据都去主内存中读取 ， 而不是去线程栈中读取 （线程栈里边可能存放的是旧值）。但是我发现网上好多程序都没加volatile ，只用了信号量同步 ， 是不是最好应该都加上关键字修饰呢 。。

edmund1234

其实不太能理解你说的数据不一致问题， 多线程中有共享数据的安全性问题。用信号同步是为安性的考虑。
volatile 并不解决多线程中安全性的问题， 它只解决内存及寄存器之间能及时保持一致。
全用上volatile 可以吗， 当然可以， 只不过要付代价， 代价是CPU的资源。
它好比你用计算器连续加10个数， 当然是10个数都加完， 才把答案抄到纸上， 那有每加一个数都把答案抄到纸上的？

zhang123zzz

edmund1234 发表于 2020-12-9 12:48
其实不太能理解你说的数据不一致问题， 多线程中有共享数据的安全性问题。用信号同步是为安性的考虑。
vol ...

volatile int a;
void Task1()
{
        // 申请信号量
        ...
        if(a==5)
        {
                //        执行代码
        }
        ...
        // 释放信号量
}

void Task2()
{
        // 申请信号量
        ...
        a++;
        ...
        // 释放信号量
}
volatile 保证每次都从主内存读取， 都是最新的值
而信号量  a++并不是原子性操作，可能在进行加1的过程中，即加1的过程还没结束，其他线程开始读取a当前数值（因此读取到的仍是旧值）
所以加上信号量 变为原子类操作

所以 ，我感觉是volatile 和 信号量都要加上。
我理解那里有偏差吗？
大佬多多指教~~

edmund1234

zhang123zzz 发表于 2020-12-9 13:27
volatile int a;
void Task1()
{

而信号量  a++并不是原子性操作，可能在进行加1的过程中，即加1的过程还没结束，其他线程开始读取a当前数值（因此读取到的仍是旧值），

这不是新旧的问题， 所谓安全性问题是这样

开始时A=2;

X线程 执行 A++ ， 这是 读-修改-写 操作， 当执行完第一步 读 初另一线程Y抢占。
Y线程 执行 A|=4， 之后返回 X线程
X线程 继续执行 余下的修改-写 操作， 最后A=2

这不是新旧的问题， 而是Y线程的A|=4不见了， A现在是==3, 这就不安全的共享数据， 它跟volatile无关， volatile也不能解决这问题。

zhang123zzz

edmund1234 发表于 2020-12-9 13:42
而信号量  a++并不是原子性操作，可能在进行加1的过程中，即加1的过程还没结束，其他线程开始读取a当前数 ...

这种问题 只能通过加锁 来实现吧 。
但是同时会不会出现   两个线程数据不一致呢  ，B修改后，可能A线程读取的是寄存器的副本里的值
这时是不是要加上volatile了 。
我感觉如果要严谨的话 ，volatile和信号量都要加上吧 。。
感谢回复

zhang123zzz

edmund1234 发表于 2020-12-9 13:42
而信号量  a++并不是原子性操作，可能在进行加1的过程中，即加1的过程还没结束，其他线程开始读取a当前数 ...

大佬，在吗？ :

edmund1234

zhang123zzz 发表于 2020-12-9 13:54
这种问题 只能通过加锁 来实现吧 。
但是同时会不会出现   两个线程数据不一致呢  ，B修改后，可能A线程 ...

上锁当然是个办法， 但很多应用是用不起锁的， 这所谓多线程， 可以简单到中断服务函数与主程序的共享数据， 比如所有中断都是通过某一全局变量通知主函数所发生的中断， 而这个全局变量就有安全性的问题， 能轻易上锁？主程序上锁了后发生中断， 要改这变量， 在中断等主程序解锁？

volatile其实很简单， 但解释起来特别麻烦， 因为它需要你理解ARM的机理， ARM的其一特性就是， 所有运算， 加减乘除与或....都只能在寄存器里运算， 简单如A++； 都不都能直接的对内存+1, 必须是先加载到寄存器才可以加1, 之后再把寄存器的内容存回内存。
正正是这个特性， ARM的编译器都会进行优化， 一通运算中多次用到的同一变量， 只在最开始时从内存加载到寄存器， 在运算的最后才把它更新到内存去。
但如果运算是被包含在while(1){ }内， 那编译器大多只会在进while(1)之前， 从内存加载到寄存器， 只后就不再加载， 这时候就需要用volatile告诉编译器在哪儿给我从新把内存的内容加载寄存器。


u32 ShareVar;

while(1) {

  if ((volatile u32)ShareVar) {
    if (ShareVar & 1) ......

    if (ShareVar & 2) ......
   
    ShareVar=0;
  }
}

edmund1234

u32 ShareVar;

while(1) {

  if ((volatile u32)ShareVar) { //让编译器在这给我从内存重新加载到寄存器
    if (ShareVar & 1) ......     // <<<---- 只用寄存器的值来运算

    if (ShareVar & 2) ......     // <<<---- 只用寄存器的值来运算
   
    ShareVar=0;                  // 在运算的最后， 编译器会自动把寄存器的内容保存到内存去
  }
}

zhang123zzz

edmund1234 发表于 2020-12-9 14:51
上锁当然是个办法， 但很多应用是用不起锁的， 这所谓多线程， 可以简单到中断服务函数与主程序的共享 ...

  按照您的说法 ，  中断函数  或者多线程共享的变量都需要加volatile 修饰
  因为要取出最新的数据（保证数据一致）， 都要从主内存读取， 寄存器中可能存放的是旧的数据。

qq215379484

用volatile修饰变量其实就是告诉编译器对这个变量操作不能被优化,
比如
volatile int a;
a=1;a=0;a=1;a=0;这样会产生4条赋值语句
但要是
int a;
a=1;a=0;a=1;a=0;这实际只会产生最后一条赋值语句,因为编译器认为前3个连续赋值没有意义而被优化掉.
如果a是某个IO脚寄存器,就会造成输出不对了.

edmund1234

zhang123zzz 发表于 2020-12-9 15:02
按照您的说法 ，  中断函数  或者多线程共享的变量都需要加volatile 修饰
  因为要取出最新的数据（ ...

不是， 这是两个问题
不同线程之间共享同数据会不安全， 这个安全性问题volatile是解决不了的， 如果说是跑系统就用信号或Queue来解决， 跑裸机的就用 主程序在更新共享数据前先禁能中断的方法。

volatile是解决运算中没有从内存更新的问题。

zhang123zzz

edmund1234 发表于 2020-12-9 15:19
不是， 这是两个问题
不同线程之间共享同数据会不安全， 这个安全性问题volatile是解决不了的， 如果说 ...

多线程中 ， 可以通过信号量、关调度器 、或者禁止中断的方式来保证安全 。  
我的疑惑是 ， 这个线程修改完之后 ，另一个线程读取寄存器的值可能是旧值 ，这样两个线程数据不一致吧 。

volatile 解决多个线程之间 数据不一致的问题 ，  每次都去内存中读取最新的值 。
而 信号量 保证线程安全     。。

所以我想着 ，对于一些 多线程共享的变量   不应该既要保证线程的安全  又要 保证
数据一致性吗 ？      

zhang123zzz

我太菜了

a5820736

没错，两个都有是最好的

edmund1234

zhang123zzz 发表于 2020-12-9 15:32
多线程中 ， 可以通过信号量、关调度器 、或者禁止中断的方式来保证安全 。  
我的疑惑是 ， 这个线程 ...

我不太同意这一句， 每次都去内存中读取最新的值。
在运算的过程还更新？ 这在很多情况下会出问题的。
只在每个循环中最开始时更新 ， 好比是

u32 ShareVar;

while(1) {

  if ((volatile u32)ShareVar) { //让编译器在这给我从内存重新加载到寄存器
    if (ShareVar & 1) ......     // <<<---- 只用寄存器的值来运算

    if (ShareVar & 2) ......     // <<<---- 只用寄存器的值来运算
   
    ShareVar=0;                  // 在运算的最后， 编译器会自动把寄存器的内容保存到内存去
  }
}

姚先起

既然用rtos了，尽量避免全局变量。用信号和队列方式，实在避免不了比如中断，就用锁保证该变量只有一个线程在操作。还有的办法就是A线程只写，B线程只读。

zhang123zzz

姚先起 发表于 2020-12-9 17:16
既然用rtos了，尽量避免全局变量。用信号和队列方式，实在避免不了比如中断，就用锁保证该变量只有一个线程 ...

“线程A只写 ， 线程B只读” 这句话不太理解
一个共享变量 ， 比如说线程A  要读取 线程B处理后的值
先不考虑 用队列的这种情况（用队列肯定是最优的）  
线程A 变量如果被编译器优化了 ， 线程A读取寄存器的副本 ， 这不就造成了数据不同步吗 ？

姚先起

zhang123zzz 发表于 2020-12-9 19:09
“线程A只写 ， 线程B只读” 这句话不太理解
一个共享变量 ， 比如说线程A  要读取 线程B处理后的值
...

首先，你都是定义全局变量了，肯定这个变量不在任务栈中，所以变量a只有一个地址。不存在副本问题，会出现的就是原子操作问题。如果你只是共享这个变量内容，a在一个X线程中循环操作，在另一个Y线程中循环读取就没问题。如果你要考虑Y线程是要读取a最新在X线程获取的值，那么就是信号量或者队列等手段，因为Y线程是不知道a在X线程已经更新的，需要用rtos函数进行通知。