• 阿里2014校招笔试题(南大)——利用thread和sleep生成字符串的伪随机序列


    引言:题目具体描述记不大清了,大概是:Linux平台,利用线程调度的随机性和sleep的不准确性,生成一个各位均不相同的字符数组的伪随机序列。不得使用任何库函数。(这句记得清楚,当时在想线程库算不算可怜,题目的意思应该是:不得使用库提供的随机函数)

    1.算法

    当时读完题很开心,这题可以用与“《编程珠玑》取样问题(ch12, p119)”类似的算法解决。算法如下——除了第一字符(下标0)以外,为其余N-1个字符各创建一个线程,每个线程先sleep一秒(也可以更长),再将对应位置的字符和第一个字符交换;N-1个线程完成后,主线程结束原理暗藏在题目中,sleep一秒后,因为sleep的不准确性,这N-1个线程几乎同时醒来(就绪)(试想如若sleep非常精确,各个线程醒来的顺序就会和创建顺序相同);又由于线程调度的随机性,这时会被执行的线程是随机的,(不知先后顺序地)执行N-1次之前所述的交换所得的便是一个伪随机序列。不过当时想不起来pthread_create几个参数的顺序了(前面题的计算量不小,头都搞晕了),就随便按个顺序写了。回来后,按照当时的思路很快在电脑上写了出来:

    注意:main里用sleep(2)(比N-1个线程多sleep一秒)等待其他线程只是为了写起来简单,并不严谨!

    2.互斥

    不过一在电脑上写出来立即意识到一个问题——第一个元素是临界资源(所有“其他线程”都想抢着用这块地);如果不做互斥访问可能会出现——有的字符出现两次(获更多)有的字符没了,这种错误不是每次都会出现:


    意识到这个错误之后,比较容易修改,只需将线程函数内对第一个元素的操作放入临界区中即可:

    这次不会再有错误。for命令连续测试10次:


    到此,说明这个算法没有问题。

    3.同步

    还应该main里的sleeep(2)改掉。main创建好N-1个线程后就应该被挂起,直到其他所有线程都“完工”后才应该被唤醒;肯定要用条件变量,main创建好其他线程后wait阻塞,其他所有线程都“完工”再被signal唤醒。为了保证这样的顺序,必须要让最后一个完工的线程知道自己是最后一个,也就是在最后一个其他线程“收工”的时候signal。只需要加个计数变量count用来标记还有多少线程没有完工,将其初始化为要创建的线程数N-1,每有一个线程“完工”就count--,判断count的值即可知道当前线程是倒数第几个完工的。(啰嗦一堆,还是上代码直观):

    需要稍加留意的是:count也是临界资源,需要放到临界区里(和str[0]一样);另外pthread_cond_wait接口所需的pthread_mutex_t * 不能用维护“其他线程”临界的那个mutex,应该再定义一个mutex。因为pthread_cond_wait会原子性地阻塞当前线程同时unlock传入的mutex,pthread_cond_wait返回时,传入的mutex再次被锁。(APUEcn2e p309)

    注:本机环境gcc 4.6.1(MinGW)  


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