线程无法仅作为库实现

"这篇文档是 Hans-J. Boehm 在2004年11月12日发表的关于线程无法作为库实现的研究报告。主要讨论了在原本不支持线程的语言（如C语言）中，通过添加线程库来实现多线程编程存在的问题，并提出纯库方法无法确保由此产生的代码的正确性。报告还探讨了这种做法可能带来的意外行为，并举例说明了在某些简单情况下，基于库的纯方法难以实现高效的并行算法。讨论的环境是在使用Pthreads的C语言背景下进行的，因为Pthreads是常用的标准，并且不保证类型安全。" 正文: 线程作为软件并发执行的基本单元，在多处理器和多核系统中扮演着至关重要的角色。然而，在许多环境中，开发者在设计之初并未考虑线程支持的语言（例如C语言）中编写多线程代码，而是后期通过引入线程库来实现这一功能。这种方式看似可行，但文档指出，它并非最佳实践。 报告首先阐述了为什么这种“后期添加”的方法在某种程度上可以工作。在没有编译器支持的情况下，线程库提供了一组基本的同步原语，如互斥锁、条件变量等，使得开发者能够控制线程间的交互。然而，这种方法的局限性在于，它依赖于程序员对并发控制的正确理解和使用，而编译器对这些潜在的并发错误往往是无感知的，因此不能自动检查或避免。 接下来，文档深入分析了这种纯库方法可能引发的意外行为。由于编译器对线程概念一无所知，它可能会进行一些优化，这些优化在单线程程序中是合理的，但在多线程环境下可能导致错误。例如，编译器可能会进行寄存器提升，将局部变量存储在寄存器中以提高性能，但这可能会破坏线程之间的同步，因为其他线程无法看到这个变量的最新值。 报告进一步强调，即使是对于非常简单的场景，基于库的纯线程方法也可能无法有效地表达并行算法。例如，当需要高效地对大量数据进行并行处理时，线程库可能需要额外的同步机制来防止数据竞争，这会增加开销，降低性能。 在C语言与Pthreads结合的环境中，没有类型安全的保障，意味着开发者需要额外谨慎处理内存管理，避免数据竞争和死锁等问题。线程库不能自动处理这些问题，可能导致难以预测的程序行为。 总结来说，"Threads Cannot be Implemented as a Library" 强调了在设计语言时就应考虑线程支持的重要性。纯粹依赖库实现线程可能导致代码的正确性和效率问题，因此，从编译器级别集成线程支持对于确保并发代码的正确性和性能至关重要。这提醒开发者在编写多线程程序时，不仅要关注算法的并行性，还要考虑到语言和编译器的特性，以及它们如何影响到并发控制的实现。