การใช้งาน Multi-Thread ในภาษา C แบบง่ายๆ พร้อมตัวอย่าง

การเขียนโปรแกรมที่ใช้ Multi-threading เป็นวิธีที่มีประโยชน์มากในการจัดการงานพร้อมกันหลายๆ อย่างในสภาพแวดล้อมระบบปฏิบัติการที่รองรับ Multi-tasking เช่น Linux หรือ Windows ซึ่งในภาษา C เราสามารถใช้ไลบรารีในมาตรฐาน POSIX threads (pthreads) ได้

คำถามที่น่าสนใจคือ ทำไมเราถึงต้องใช้งาน Multi-threading? ตัวอย่างง่ายๆ ของ use case ในโลกจริงได้แก่ การพัฒนาโปรแกรมเซิร์ฟเวอร์ที่ต้องรองรับการเชื่อมต่อหลายๆ ครั้งในเวลาเดียวกัน หรือการสร้างโปรแกรมแก้ไขภาพที่สามารถทำการประมวลผลหลายๆ ส่วนของรูปภาพได้อย่างรวดเร็ว

ก่อนจะเข้าสู่ตัวอย่าง code เราต้องทำความเข้าใจกฎพื้นฐานในการเขียน multi-threading:

1. จัดการข้อมูลที่ใช้ร่วมกันระหว่าง threads อย่างระมัดระวังเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหา race condition และ deadlocks.

2. ตรวจสอบการสร้างและการจบงานของ threads อย่างเข้าใจ ผิดพลาดใดๆ ในส่วนนี้อาจนำไปสู่ปัญหาเช่น memory leak.

3. ทราบถึงปัญหาเกี่ยวกับการ sync ข้อมูลเช่นการใช้ mutexes หรือ semaphores.

ตัวอย่าง Code 1: การสร้าง Thread พื้นฐาน

 #include <pthread.h>
#include <stdio.h>

// ฟังก์ชันงานที่จะถูกรันบน thread
void *PrintHello(void *threadid){
   long tid = (long)threadid;
   printf("Hello World! Thread ID: %ld\n", tid);
   pthread_exit(NULL);
}

int main (){
   pthread_t threads[5];
   int rc;
   long i;

   for( i = 0; i < 5; i++ ){
      // สร้าง thread และสั่งให้รันฟังก์ชัน PrintHello
      rc = pthread_create(&threads[i], NULL, PrintHello, (void *)i);

      if (rc){
         printf("ERROR; return code from pthread_create() is %d\n", rc);
         return -1;
      }
   }

   // รอให้ threads เสร็จงานทั้งหมด
   for (i = 0; i < 5; i++) {
      pthread_join(threads[i], NULL);
   }

   return 0;
}

ในตัวอย่างนี้ เราได้สร้าง threads ทั้งหมด 5 threads ที่รันฟังก์ชันเดียวกันซึ่งก็คือการแสดงข้อความ "Hello World!" พร้อมกับ ID ของ thread.

ตัวอย่าง Code 2: การใช้ Mutex ป้องกันปัญหา Race Condition

 #include <pthread.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

#define NUM_THREADS 2
int counter = 0;
pthread_mutex_t lock;

void *countToTen(void *threadid) {
   long tid = (long)threadid;
   for (int i = 0; i < 10; i++) {
      pthread_mutex_lock(&lock);
      counter++;
      printf("Thread %ld, count: %d\n", tid, counter);
      pthread_mutex_unlock(&lock);
      sleep(1); // หน่วงเวลาเพื่อให้เห็นการทำงานของ threads
   }
   pthread_exit(NULL);
}

int main (){
   pthread_t threads[NUM_THREADS];
   pthread_mutex_init(&lock, NULL);

   for (long i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
      if(pthread_create(&threads[i], NULL, countToTen, (void *)i)) {
         printf("Error in creating thread %ld\n", i);
         return -1;
      }
   }

   for (long i = 0; i < NUM_THREADS; i++) {
      pthread_join(threads[i], NULL);
   }

   pthread_mutex_destroy(&lock);
   return 0;
}

ตัวอย่างนี้แสดงถึงการใช้ Mutex เพื่อล็อกเคาน์เตอร์ที่เข้าถึงโดยหลาย threads โดยไม่ให้เกิดการแทรกแซงกันระหว่าง threads.

ตัวอย่าง Code 3: เหตุการณ์ที่ทำงานผิดพลาดเมื่อไม่ใช้ Mutex

 //... (code จากข้างต้น) ...
void *countToTenIncorrectly(void *threadid) {
   long tid = (long)threadid;
   for (int i = 0; i < 10; i++) {
      counter++;  // ไม่ได้ใช้ Mutex
      printf("Thread %ld, count: %d\n", tid, counter);
      sleep(1); // หน่วงเวลาเพื่อให้เห็นการทำงานของ threads
   }
   pthread_exit(NULL);
}
//... (code จากข้างต้น) ...

หากไม่ใช้ Mutex อาจพบว่าค่าใน counter ไม่ถูกเพิ่มขึ้นอย่างถูกต้อง เนื่องจาก threads พยายามเข้าถึงตัวแปรโดยไม่มีการควบคุมการใช้งานร่วมกัน สามารถตรวจพบผลลัพธ์ที่ "ผิดปกติ" เมื่อเรียกใช้โปรแกรมหลายๆ ครั้ง

ในการเรียนรู้การเขียนโปรแกรม multi-threading ที่ซับซ้อนยิ่งขึ้น หรือต้องการเข้าใจลึกซึ้งถึงหลักการทำงานอย่างถูกต้อง และการจัดการปัญหาที่อาจเกิดขึ้น EPT – Expert Programming Tutor เสนอหลักสูตรและการฝึกอบรมเฉพาะทางที่จะช่วยให้คุณพัฒนาทักษะการเขียนโปรแกรมที่มีคุณภาพได้อย่างมั่นใจ ติดต่อเราเพื่อเริ่มเรียนรู้ทักษะเหล่านี้และเตรียมตัวสำหรับการพัฒนาโปรแกรมที่ท้าทายในโลกปัจจุบันได้ทันที!

หมายเหตุ: ข้อมูลในบทความนี้อาจจะผิด โปรดตรวจสอบความถูกต้องของบทความอีกครั้งหนึ่ง บทความนี้ไม่สามารถนำไปใช้อ้างอิงใด ๆ ได้ ทาง EPT ไม่ขอยืนยันความถูกต้อง และไม่ขอรับผิดชอบต่อความเสียหายใดที่เกิดจากบทความชุดนี้ทั้งทางทรัพย์สิน ร่างกาย หรือจิตใจของผู้อ่านและผู้เกี่ยวข้อง