U程之间通信的两个基本问题是互斥和同步?br />
U程同步是指U程之间所h的一U制U关p，一个线E的执行依赖另一个线E的消息Q当它没有得到另一个线E的消息时应{待Q直到消息到达时才被唤醒?br />
U程互斥是指对于׃n的操作系l资源（指的是广义的"资源"Q而不是Windows?res文gQ譬如全局变量是一U共享资源）Q在各线E访问时的排它性。当有若q个U程都要使用某一׃n资源ӞM时刻最多只允许一个线E去使用Q其它要使用该资源的U程必须{待Q直到占用资源者释放该资源?br />
U程互斥是一U特D的U程同步?br />
实际上，互斥和同步对应着U程间通信发生的两U情况：(x)
Q?Q当有多个线E访问共享资源而不使资源被破坏Ӟ
Q?Q当一个线E需要将某个d已经完成的情况通知另外一个或多个U程时?br />
在WIN32中，同步机制主要有以下几U：(x)
Q?Q事?Event);
Q?Q信号量(semaphore);
Q?Q互斥量(mutex);
Q?Q(f)界区(Critical section)?br />
全局变量
因ؓ(f)q程中的所有线E均可以讉K所有的全局变量Q因而全局变量成ؓ(f)Win32多线E通信的最单方式。例如：(x)
| int var; //全局变量 UINT ThreadFunction(LPVOIDpParam) { var = 0; while (var < MaxValue) { //U程处理 ::InterlockedIncrement(long*) &var); } return 0; } L(fng)下列E序Q?br /> int globalFlag = false; DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID n) { Sleep(2000); globalFlag = true; return 0; } int main() { HANDLE hThrd; DWORD threadId; hThrd = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, &threadId); if (hThrd) { printf("Thread launched\n"); CloseHandle(hThrd); } while (!globalFlag) ; printf("exit\n"); } |
上述E序中用全局变量和while循环查询q行U程间同步，实际上，q是一U应该避免的Ҏ(gu)Q因为：(x)
Q?Q当ȝE必M自己与ThreadFunc函数的完成运行实现同步时Q它q没有自己q入睡眠状态。由于主U程没有q入睡眠状态，因此操作pȝl箋为它调度C P U旉Q这p占用其他U程的宝贉|间周期；
Q?Q当ȝE的优先U高于执行ThreadFunc函数的线E时Q就?x)发生globalFlag永远不能被赋gؓ(f)true的情c(din)因为在q种情况下，pȝ决不?x)将M旉片分配给ThreadFuncU程?br />
事g
事g(Event)是WIN32提供的最灉|的线E间同步方式Q事件可以处于激发状?signaled or true)或未Ȁ发状?unsignal or false)。根据状态变q方式的不同Q事件可分ؓ(f)两类Q?br />
Q?Q手动设|：(x)q种对象只可能用E序手动讄Q在需要该事g或者事件发生时Q采用SetEvent?qing)ResetEvent来进行设|?br />
Q?Q自动恢复：(x)一旦事件发生ƈ被处理后Q自动恢复到没有事g状态，不需要再ơ设|?br />
创徏事g的函数原型ؓ(f)Q?br />
| HANDLE CreateEvent( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes, // SECURITY_ATTRIBUTESl构指针Q可为NULL BOOL bManualReset, // 手动/自动 // TRUEQ在WaitForSingleObject后必L动调用ResetEvent清除信号 // FALSEQ在WaitForSingleObject后，pȝ自动清除事g信号 BOOL bInitialState, //初始状?br /> LPCTSTR lpName //事g的名U?br /> ); |
使用"事g"机制应注意以下事：(x)
Q?Q如果跨q程讉K事gQ必d事g命名Q在对事件命名的时候，要注意不要与pȝ命名I间中的其它全局命名对象冲突Q?br />
Q?Q事件是否要自动恢复Q?br />
Q?Q事件的初始状态设|?br />
׃event对象属于内核对象Q故q程B可以调用OpenEvent函数通过对象的名字获得进EA中event对象的句柄，然后这个句柄用于ResetEvent、SetEvent和W(xu)aitForMultipleObjects{函C。此法可以实C个进E的U程控制另一q程中线E的q行Q例如：(x)
| HANDLE hEvent=OpenEvent(EVENT_ALL_ACCESS,true,"MyEvent"); ResetEvent(hEvent); |
临界?br />
定义临界区变?br />
| CRITICAL_SECTION gCriticalSection; |
通常情况下，CRITICAL_SECTIONl构体应该被定义为全局变量Q以便于q程中的所有线E方便地按照变量名来引用该结构体?br />
初始化(f)界区
| VOID WINAPI InitializeCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection //指向E序员定义的CRITICAL_SECTION变量 ); |
该函数用于对pcs所指的CRITICAL_SECTIONl构体进行初始化。该函数只是讄了一些成员变量，它的q行一般不?x)失败，因此它采用了VOIDcd的返回倹{该函数必须在Q何线E调用EnterCriticalSection函数之前被调用，如果一个线E试图进入一个未初始化的CRTICAL_SECTIONQ那么结果将是很N计的?br />
删除临界?br />
| VOID WINAPI DeleteCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection //指向一个不再需要的CRITICAL_SECTION变量 ); |
q入临界?br />
| VOID WINAPI EnterCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection //指向一个你卛_锁定的CRITICAL_SECTION变量 ); |
d临界?br />
| VOID WINAPI LeaveCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection //指向一个你卛_d的CRITICAL_SECTION变量 ); |
使用临界区编E的一般方法是Q?br />
| void UpdateData() { EnterCriticalSection(&gCriticalSection); ...//do something LeaveCriticalSection(&gCriticalSection); } |
关于临界区的使用Q有下列注意点：(x)
Q?Q每个共享资源用一个CRITICAL_SECTION变量Q?br />
Q?Q不要长旉q行关键代码D，当一个关键代码段长时间运行时Q其他线E就?x)进入等待状态，q会(x)降低应用E序的运行性能Q?br />
Q?Q如果需要同时访问多个资源，则可能连l调用EnterCriticalSectionQ?br />
Q?QCritical Section不是OS核心对象Q如果进入(f)界区的线E??了，无法释放(f)界资源。这个缺点在Mutex中得C弥补?br />
互斥
互斥量的作用是保证每ơ只能有一个线E获得互斥量而得以l执行，使用CreateMutex函数创徏Q?
| HANDLE CreateMutex( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, // 安全属性结构指针，可ؓ(f)NULL BOOL bInitialOwner, //是否占有该互斥量QTRUEQ占有，FALSEQ不占有 LPCTSTR lpName //信号量的名称 ); |
Mutex是核心对象，可以跨进E访问，下面的代码给Z从另一q程讉K命名Mutex的例子：(x)
| HANDLE hMutex; hMutex = OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, FALSE, L"mutexName"); if (hMutex){ … ?br /> else{ … } |
相关APIQ?br />
| BOOL WINAPI ReleaseMutex( HANDLE hMutex ); |
使用互斥~程的一般方法是Q?br />
| void UpdateResource() { WaitForSingleObject(hMutex,…); ...//do something ReleaseMutex(hMutex); } |
互斥(mutex)内核对象能够保U程拥有对单个资源的互斥讉K权。互斥对象的行ؓ(f)Ҏ(gu)与临界区相同，但是互斥对象属于内核对象Q而(f)界区则属于用h式对象，因此q导致mutex与Critical Section的如下不同：(x)
Q?Q?互斥对象的运行速度比关键代码段要慢Q?br />
Q?Q?不同q程中的多个U程能够讉K单个互斥对象Q?br />
Q?Q?U程在等待访问资源时可以讑֮一个超时倹{?br />
下图更详l地列出了互斥与临界区的不同Q?br />
 |
信号?br />
信号量是l护0到指定最大g间的同步对象。信号量状态在其计数大?时是有信L(fng)Q而其计数?时是无信L(fng)。信号量对象在控制上可以支持有限数量׃n资源的访问?br />
信号量的特点和用途可用下列几句话定义Q?br />
Q?Q如果当前资源的数量大于0Q则信号量有效；
Q?Q如果当前资源数量是0Q则信号量无效；
Q?Q系l决不允许当前资源的数量|
Q?Q当前资源数量决不能大于最大资源数量?br />
创徏信号?br />
| HANDLE CreateSemaphore ( PSECURITY_ATTRIBUTE psa, LONG lInitialCount, //开始时可供使用的资源数 LONG lMaximumCount, //最大资源数 PCTSTR pszName); |
释放信号?br />
通过调用ReleaseSemaphore函数Q线E就能够对信标的当前资源数量q行递增Q该函数原型为：(x)
| BOOL WINAPI ReleaseSemaphore( HANDLE hSemaphore, LONG lReleaseCount, //信号量的当前资源数增加lReleaseCount LPLONG lpPreviousCount ); |
打开信号?br />
和其他核心对象一P信号量也可以通过名字跨进E访问，打开信号量的API为：(x)
| HANDLE OpenSemaphore ( DWORD fdwAccess, BOOL bInherithandle, PCTSTR pszName ); |
互锁讉K
当必M原子操作方式来修改单个值时Q互锁访问函数是相当有用的。所谓原子访问，是指U程在访问资源时能够保所有其他线E都不在同一旉内访问相同的资源?br />
L(fng)下列代码Q?br />
| int globalVar = 0; DWORD WINAPI ThreadFunc1(LPVOID n) { globalVar++; return 0; } DWORD WINAPI ThreadFunc2(LPVOID n) { globalVar++; return 0; } |
q行ThreadFunc1和ThreadFunc2U程Q结果是不可预料的，因ؓ(f)globalVar++q不对应着一条机器指令，我们看看globalVar++的反汇编代码Q?br />
| 00401038 mov eax,[globalVar (0042d3f0)] 0040103D add eax,1 00401040 mov [globalVar (0042d3f0)],eax |
?mov eax,[globalVar (0042d3f0)]" 指o(h)?add eax,1" 指o(h)以及(qing)"add eax,1" 指o(h)?mov [globalVar (0042d3f0)],eax"指o(h)之间都可能发生线E切换，使得E序的执行后globalVar的结果不能确定。我们可以用InterlockedExchangeAdd函数解决q个问题Q?br />
| int globalVar = 0; DWORD WINAPI ThreadFunc1(LPVOID n) { InterlockedExchangeAdd(&globalVar,1); return 0; } DWORD WINAPI ThreadFunc2(LPVOID n) { InterlockedExchangeAdd(&globalVar,1); return 0; } |
InterlockedExchangeAdd保证对变量globalVar的访问具?原子?。互锁访问的控制速度非常快，调用一个互锁函数的CPU周期通常于50Q不需要进行用h式与内核方式的切换（该切换通常需要运?000个CPU周期Q?br />
互锁讉K函数的缺点在于其只能对单一变量q行原子讉KQ如果要讉K的资源比较复杂，仍要使用临界区或互斥?br />
可等待定时器
可等待定时器是在某个旉或按规定的间隔时间发q信号通知的内核对象。它们通常用来在某个时间执行某个操作?br />
创徏可等待定时器
| HANDLE CreateWaitableTimer( PSECURITY_ATTRISUTES psa, BOOL fManualReset,//人工重置或自动重|定时器 PCTSTR pszName); |
讄可等待定时器
可等待定时器对象在非Ȁzȝ态下被创建，E序员应调用 SetWaitableTimer函数来界定定时器在何时被Ȁz：(x)
| BOOL SetWaitableTimer( HANDLE hTimer, //要设|的定时?br /> const LARGE_INTEGER *pDueTime, //指明定时器第一ơ激zȝ旉 LONG lPeriod, //指明此后定时器应该间隔多长时间激zM?br /> PTIMERAPCROUTINE pfnCompletionRoutine, PVOID PvArgToCompletionRoutine, BOOL fResume); |
取消可等待定时器
| BOOl Cancel WaitableTimer( HANDLE hTimer //要取消的定时?br /> ); |
打开可等待定时器
作ؓ(f)一U内核对象，W(xu)aitableTimer也可以被其他q程以名字打开Q?br />
| HANDLE OpenWaitableTimer ( DWORD fdwAccess, BOOL bInherithandle, PCTSTR pszName ); |
实例
下面l出的一个程序可能发生死锁现象：(x)
| #include <windows.h> #include <stdio.h> CRITICAL_SECTION cs1, cs2; long WINAPI ThreadFn(long); main() { long iThreadID; InitializeCriticalSection(&cs1); InitializeCriticalSection(&cs2); CloseHandle(CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFn, NULL, 0,&iThreadID)); while (TRUE) { EnterCriticalSection(&cs1); printf("\nU程1占用临界?"); EnterCriticalSection(&cs2); printf("\nU程1占用临界?"); printf("\nU程1占用两个临界?); LeaveCriticalSection(&cs2); LeaveCriticalSection(&cs1); printf("\nU程1释放两个临界?); Sleep(20); }; return (0); } long WINAPI ThreadFn(long lParam) { while (TRUE) { EnterCriticalSection(&cs2); printf("\nU程2占用临界?"); EnterCriticalSection(&cs1); printf("\nU程2占用临界?"); printf("\nU程2占用两个临界?); LeaveCriticalSection(&cs1); LeaveCriticalSection(&cs2); printf("\nU程2释放两个临界?); Sleep(20); }; } |
q行q个E序Q在中途一旦发生这L(fng)输出Q?br />
U程1占用临界?
U程2占用临界?
?br />
U程2占用临界?
U程1占用临界?
?br />
U程1占用临界?
U程2占用临界?
?br />
U程2占用临界?
U程1占用临界?
E序??掉了Q再也运行不下去。因L(fng)输出Q意味着两个U程怺{待Ҏ(gu)释放临界区，也即出现了死锁?br />
如果我们线E?的控制函数改为：(x)
| long WINAPI ThreadFn(long lParam) { while (TRUE) { EnterCriticalSection(&cs1); printf("\nU程2占用临界?"); EnterCriticalSection(&cs2); printf("\nU程2占用临界?"); printf("\nU程2占用两个临界?); LeaveCriticalSection(&cs1); LeaveCriticalSection(&cs2); printf("\nU程2释放两个临界?); Sleep(20); }; } |
再次q行E序Q死锁被消除Q程序不再挡掉。这是因为我们改变了U程2中获得(f)界区1?的顺序，消除了线E??怺{待资源的可能性?br />
由此我们得出l论Q在使用U程间的同步机制Ӟ要特别留心死锁的发生?br />
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