多线程通信

Posted 2021-01-24 linpd

一、解释

　　线程之间通信的两个基本问题是互斥和同步。

　　线程同步是指：线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时，应该等待，直到消息到达时才被唤醒。

　　线程互斥是指：对于共享的操作系统资源（指的是广义的“资源”，而不是Windows.res文件，譬如全局变量就是一种共享资源），在各线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其他要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。

　　线程互斥是一种特殊的线程同步。

　　实际上，互斥和同步对应着线程间通信发生的两种情况：

　　　　(1) 当有多个线程访问共享资源而不使资源被破坏时；

　　　　(2) 当一个线程需要将某个任务已经完成的情况通知另一个或多个线程时。

二、在windows32中，同步机制主要有以下几种：

　　　　(1) 事件(Event);

　　　　(2)信号量(semaphore);

　　　　(3)互斥量(mutex);

　　　　(4)临界区(Critical, section)

　　全局变量

　　　　因为进程中的所有线程均可以访问所有的全局变量，因而全局变量成为Win32多线程通信的最简单方式。

　　事件

　　事件(Event)是WIN32提供的最灵活的线程间同步方式，事件可以处于激发状态(signaled or true) 或未激发状态(unsignal or False)。根据状态变迁方式的不同，事件可分为两类：

　　(1) 手动设置：这种对象只可能用程序手动设置，在需要该事件或者事件发生时，采用SetEvent及ResetEvent来进行设置。

　　(2) 自动恢复: 一旦事件发生并被处理后，自动恢复到没有事件状态，不需要再次设置。　　

　　例子：

 1 #!/usr/bin/env python
 2 # -*- coding:utf-8 -*-
 3 
 4 import threading
 5 import time
 6 
 7 
 8 def func():
 9     # 线程之间的通信，可以用事件去实现
10     # 创建一个事件对象
11     event = threading.Event()
12 
13     def run():
14         for i in range(5):
15             # wait：阻塞，等待事件的触发
16             event.wait()
17             # clear(): 重置，使上面的wait重置到阻塞状态。
18             event.clear()
19             print(‘sunck is a good man! %d‘ % i)
20 
21     t = threading.Thread(target=run).start()
22     return event
23 
24 
25 e = func()
26 # 触发事件
27 for i in range(5):
28     time.sleep(2)
29     # 设置事件
30     e.set()

thread.Event()通信

　　使用“事件”机制应该注意以下事项：

　　(1) 如果跨进程访问事件，必须对事件命名，在对事件命名的时候，要注意不要与系统命名空间中的其它全局命名对象冲突；

　　(2) 事件是否要自动恢复；

　　(3) 事件的初始状态设置。

　　由于event对象属于内核对象，故进程B可以调用OpenEvent函数通过对象的名字获得进程A中event对象的句柄，然后将这个句柄用于ResetEvent、SetEvent和WaitForMultipleObjects等函数中。此法可以实现一个进程的线程控制另一进程中线程的运行。

　　临界区

　　定义临界区变量

　　通常情况下，CRITICAL_SECTION结构体应该被定义为全局变量，以便于进程中的所有线程方便地按照变量名来引用该结构体。

　　关于临界区的使用，有下列注意点：

　　（1）每个共享资源使用一个CRITICAL_SECTION变量；

　　（2）不要长时间运行关键代码段，当一个关键代码段长时间运行时，其他线程就会进入等待状态，这会降低应用程序的运行性能；

　　（3）如果需要同时访问多个资源，则可能连续调用EnterCriticalSection；

　　（4）Critical Section不是OS核心对象，如果进入临界区的线程"挂"了，将无法释放临界资源。这个缺点在Mutex中得到了弥补。

　　互斥

　　互斥量的作用是保证每次只能有一个线程获得互斥量而得以继续执行，使用CreateMutex函数创建，Mutex是核心对象，可以跨进程访问。

　　互斥(mutex)内核对象能够确保线程拥有对单个资源的互斥访问权。互斥对象的行为特性与临界区相同，但是互斥对象属于内核对象，而临界区则属于用户方式对象，因此这导致mutex与Critical Section的如下不同：

　　（1） 互斥对象的运行速度比关键代码段要慢；

　　（2） 不同进程中的多个线程能够访问单个互斥对象；

　　（3） 线程在等待访问资源时可以设定一个超时值。