Управление потоками в Delphi: Безопасность использования неатомичных функций

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

Вопрос управления потоками в программировании на Delphi и Pascal может быть довольно сложным, особенно когда речь заходит о доступе нескольких потоков к общим данным. В статье мы рассмотрим, какие проблемы могут возникнуть при использовании неатомарных функций в многопоточных приложениях и как их можно решить.

Проблема неатомарных операций

В многопоточном программировании важно понимать, что такое атомарные операции. Атомарная операция — это операция, которая выполняется без прерываний и не может быть разделена на части другими потоками. Примером неатомарной операции в Delphi является функция Inc, которая сначала читает значение переменной, затем увеличивает его и, наконец, записывает результат обратно.

for i := 1 to 10000000 do
  inc(value);

В многопоточном контексте, когда несколько потоков пытаются выполнить такую операцию с одной и той же переменной, могут возникать конфликты. В результате некоторые инкременты могут быть "потеряны", и фактическое значение переменной не будет соответствовать ожидаемому.

Пример кода с использованием неатомарной функции

const
  N = 2;
var
  value: Integer = 0;

function ThreadFunc(Parameter: Pointer): Integer;
var
  i: Integer;
begin
  for i := 1 to 10000000 do
    inc(value);
  Result := 0; // Эта строка не влияет на результат, но важно, что она не используется для возврата количества выполненных инкрементов
end;

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
var
  threads: array[0..N - 1] of THandle;
  i: Integer;
  dummy: Cardinal;
begin
  for i := 0 to N - 1 do
    threads[i] := CreateThread(nil, 0, @ThreadFunc, nil, 0, dummy);

  if WaitForMultipleObjects(N, @threads[0], true, INFINITE) = WAIT_FAILED then
    RaiseLastOSError;

  ShowMessage(IntToStr(value));
end;

В этом примере ожидается, что значение value будет равно 20000000, но из-за неатомарности операции inc фактическое значение может быть значительно меньше.

Решения проблемы

Для решения проблемы неатомарных операций в многопоточном программировании можно использовать несколько подходов:

1. Использование атомарных функций, таких как InterlockedIncrement.
2. Использование критических секций для синхронизации доступа к общим данным.

Использование атомарных функций

for i := 1 to 10000000 do
  InterlockedIncrement(value);

Использование критических секций

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
var
  CriticalSection: TCriticalSection;
  threads: array[0..N - 1] of THandle;
  i: Integer;
  dummy: Cardinal;
begin
  CriticalSection := TCriticalSection.Create;
  try
    for i := 0 to N - 1 do
    begin
      threads[i] := CreateThread(nil, 0, @ThreadFuncWithCS, @CriticalSection, 0, dummy);
    end;

    if WaitForMultipleObjects(N, @threads[0], true, INFINITE) = WAIT_FAILED then
      RaiseLastOSError;
  finally
    CriticalSection.Free;
  end;

  ShowMessage(IntToStr(value));
end;

function ThreadFuncWithCS(Parameter: Pointer): Integer;
var
  CriticalSection: TCriticalSection;
  i: Integer;
begin
  CriticalSection := Pointer(Parameter) as TCriticalSection;
  try
    CriticalSection.Enter;
    try
      for i := 1 to 10000000 do
        inc(value);
    finally
      CriticalSection.Leave;
    end;
  end;
end;

Альтернативный подход

В реальных алгоритмах конфликты могут быть редкими, и иногда можно обойтись без использования атомарных функций или критических секций, если погрешность в значении переменной не критична. В таком случае можно использовать локальные счетчики в каждом потоке и суммировать их результаты после завершения работы потоков.

Заключение

Использование неатомарных функций в многопоточных приложениях может привести к потере данных и некорректному результату. Важно понимать потенциальные риски и использовать атомарные функции или механизмы синхронизации для предотвращения конфликтов. В некоторых случаях можно обойтись без дополнительной синхронизации, если погрешность результата не влияет на работу программы.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Управление потоками в Delphi требует особого внимания при использовании неатомарных функций для обеспечения безопасности и корректности многопоточных приложений.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Потоки ::