使用具有共享全局变量的线程

Question

当线程访问共享全局变量时，我无法想出一种算法来确保互斥。我正在尝试编写一个可以使用全局变量的线程函数，而不是将其切换为局部变量。

到目前为止我有这个代码：

int sumGlobal = 0;

void sumArray(int** array, int size){

  for (int i=0; i<size; i++){
    for (int j=0; j<size; j++){
      sumGlobal += array[i][j];
    }
  }
}

int main(){
    int size = 4000;
    int numThreads = 4;

    int** a2DArray = new int*[size];
    for (int i=0; i<size; i++){
        a2DArray[i] = new int[size];
        for (int j=0; j<dim; j++){
          a2DArray[i][j] = genRandNum(0,100);
        }    
    }


    std::vector<std::future<void>> thread_Pool;
    for (int i = 0; i < numThreads; ++i) {

        thread_Pool.push_back( std::async(launch::async,
                        sumArray, a2DArray, size));
    }
}

我不确定如何保证sumGlobal 不会被每个线程重写。我想正确更新它，以便每个线程在完成时将其值添加到全局变量中。我只是想学习线程，而不是局限于非空函数。

Answer 1

制作变量atomic：

#include <atomic>
... 
std::atomic<int> sumGlobal {0};

原子变量不受数据竞争的影响：即使有多个线程尝试读取和写入它，它也表现良好。原子性是通过互斥还是无锁方式实现的，由实现来决定。当您使用 += 以原子方式更新变量时，您的示例中不存在不一致的风险。

nice video 更详细地向您解释什么是原子，为什么需要它们，以及它们是如何工作的。

您也可以保持变量原样并使用互斥锁/lock_gard 来保护它，正如我的@Miles Budnek 所解释的那样。问题是，一次只有一个线程可以执行受互斥锁保护的代码。在您的示例中，这意味着不同线程中的处理不会真正同时进行。原子方法应该具有卓越的性能：一个线程可能仍然计算索引并读取数组，而另一个线程正在更新全局变量。

Answer 2

如果您不想像@Christophe 建议的那样使用std::atomic<int> 之类的同步对象，您可以使用std::mutex 和std::lock_guard 手动同步对总和的访问。

int sumGlobal = 0;
std::mutex sumMutex;

void sumArray(...) {
    for(...) {
        for(...) {
            std::lock_guard<std::mutex> lock(sumMutex);
            sumGlobal += ...;
        }
    }
}

请记住，所有锁定和解锁都会产生相当多的开销。