多线程编程之Windows同步方式

Posted 2020-10-17 拙园

在Windows环境下针对多线程同步与互斥操作的支持，主要包括四种方式：临界区（CriticalSection）、互斥对象（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件对象（Event）。下面分别针对这四种方式作说明：

（1）临界区（CriticalSection）

　　每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区（临界资源是一次仅允许一个进程使用的共享资源）。每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。Windows环境下临界区的基本操作有以下几个：

CRITICAL_SECTION CriticalSection;
InitializeCriticalSection(&CriticalSection);
EnterCriticalSection(&CriticalSection);
LeaveCriticalSection(&CriticalSection);
DeleteCriticalSection(&CriticalSection);

 （2）互斥对象（Mutex）

　　在编程中，引入了对象互斥对象（也叫互斥锁）的概念，来保证共享数据操作的完整性。每个对象都对应于一个可称为“互斥锁”的标记，这个标记用来保证在任一时刻，只能有一个线程访问该对象。互斥对象的操作接口有以下几个：

CreateMutex
OpenMutex
ReleaseMutex

 　　在使用互斥对象的时候借助WaitforSingleObject，例如：

WaitForSingleObject(/*...*/);
    do_something();
ReleaseMutex(/*...*/);

 （3）信号量（Semaphore）　　

　　信号量有时被称为信号灯，是在多线程环境下使用的一种设施，它负责协调各个线程，以保证它们能够正确、合理的使用公共资源。也是操作系统中用于控制进程同步互斥的量。信号量分为单值和多值两种，前者只能被一个线程获得，后者可以被若干个线程获得。与互斥对象相比，信号量就好比是可以容纳N多个人的房子允许多个人同时进入（数量有限制而已），而互斥对象就只能容纳一个人的小房子，同一时刻只能一个人使用。

　　Windows环境下的信号量操作接口包括：

CreateSemaphore
OpenSemaphore
ReleaseSemaphore

 　　信号量的使用方式与互斥对象差不多，只不过在初始化的时候需要指定信号的个数：

WaitForSingleObject(/*...*/);
    do_something();
ReleaseSemaphore(/*...*/);

 （4）事件对象（Event）

　　 Event对象是Windows下面很有趣的一种锁结果。从某种意义上说，它和互斥锁很相近，但是又不一样。因为在线程获得锁的使用权之前，常常需要某一个线程（可能是主线程也可能是其他线程）调用SetEvent设置一下才行。关键是，在线程结束之前，我们也不清楚当前线程获得Event之后执行到哪了。所以使用起来，要特别小心。常用的Event对象操作有：

CreateEvent
OpenEvent
PulseEvent
ResetEvent
SetEvent

 　　主线程一般可以这样做：

CreateEvent(/*...*/);    // 创建事件对象
SetEvent(/*...*/);       // 设置信号
WaitForMultiObjects(hThread, /*...*/);    // 等待线程结束
CloseHandle(/*...*/);    // 关闭线程句柄

 　　而被启动的线程一般要等待某个事件再进行动作：

while(1){
    WaitForSingleObject(/*...*/);    // 等待事件
    /*...*/
}

 

总结：
（1）关于临界区、互斥区、信号量、Event在msdn上均有示例代码；

（2）一般来说，使用频率上信号量 > 互斥对象 > 临界区 > 事件对象

（3）信号量可以实现其他三种锁的功能，学习上应有所侧重

（4）纸上得来终觉浅，多实践才能掌握它们之间的区别