四種進(jìn)程或線程同步互斥的控制方法

四種進(jìn)程或線程同步互斥的控制方法1、臨界區(qū):通過對多線程的串行化來訪問公共資源或一段代碼，速度快，適合控制數(shù)據(jù)訪問。2、互斥量:為協(xié)調(diào)共同對一個共享資源的單獨訪問而設(shè)計的。3、信號量:為控制一個具有有限數(shù)量用戶資源而設(shè)計。4、事件:用來通知線程有一些事件已發(fā)生，從而啟動后繼任務(wù)的開始。一臨界區(qū)臨界區(qū)的使用在線程同步中應(yīng)該算是比較簡單，說它簡單還是說它同后面講到的其它方法相比更容易理解。舉個簡單的例子：比如說有一個全局變量（公共資源）兩個線程都會對它進(jìn)行寫操作和讀操作，如果我們在這里不加以控制，會產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。假設(shè)線程A正在把全局變量加1然后打印在屏幕上，但是這時切換到線程B，線程B又把全局變量加1然后又切換到線程A，這時候線程A打印的結(jié)果就不是程序想要的結(jié)果，也就產(chǎn)生了錯誤。解決的辦法就是設(shè)置一個區(qū)域，讓線程A在操縱全局變量的時候進(jìn)行加鎖，線程B如果想操縱這個全局變量就要等待線程A釋放這個鎖，這個也就是臨界區(qū)的概念。二互斥體windowsapi中提供了一個互斥體，功能上要比臨界區(qū)強(qiáng)大。也許你要問，這個東東和臨界區(qū)有什么區(qū)別，為什么強(qiáng)大？它們有以下幾點不一致：1.criticalsection是局部對象，而mutex是核心對象。因此像waitforsingleobject是不可以等待臨界區(qū)的。2.criticalsection是快速高效的，而mutex同其相比要慢很多3.criticalsection使用范圍是單一進(jìn)程中的各個線程，而mutex由于可以有一個名字，因此它是可以應(yīng)用于不同的進(jìn)程，當(dāng)然也可以應(yīng)用于同一個進(jìn)程中的不同線程。4.criticalsection無法檢測到是否被某一個線程釋放，而mutex在某一個線程結(jié)束之后會產(chǎn)生一個abandoned的信息。同時mutex只能被擁有它的線程釋放。下面舉兩個應(yīng)用mutex的例子，一個是程序只能運(yùn)行一個實例，也就是說同一個程序如果已經(jīng)運(yùn)行了，就不能再運(yùn)行了；另一個是關(guān)于非常經(jīng)典的哲學(xué)家吃飯問題的例子。三事件事件對象的特點是它可以應(yīng)用在重疊I/O（overlappedI/0）上，比如說socket編程中有兩種模型，一種是重疊I/0，一種是完成端口都是可以使用事件同步。它也是核心對象，因此可以被waitforsingleobje這些函數(shù)等待；事件可以有名字，因此可以被其他進(jìn)程開啟。四信號量semaphore的概念理解起來可能要比mutex還難，我先簡單說一下創(chuàng)建信號量的函數(shù)，因為我在開始使用的時候沒有很快弄清楚，可能現(xiàn)在還有理解不對的地方，如果有錯誤還是請大俠多多指教。CreateSemaphore(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpSemaphoreAttributes,//SDLONGlInitialCount,//initialcountLONGlMaximumCount,//maximumcountLPCTSTRlpName//objectname)第一個參數(shù)是安全性，可以使用默認(rèn)的安全性選項NULL；第二個和第三個參數(shù)是兩個long型的數(shù)值，它們表示什么含義呢？lMaxinumCount表示信號量的最大值，必須要大于零。比如是5就表示可以有5個進(jìn)程或者線程使用，如果第六個進(jìn)程或者線程想使用的話就必須進(jìn)入等待隊列等待有進(jìn)程或者線程釋放資源。lInitalCount表示信號量的初始值，應(yīng)該大于或者等于零小于等于lMaximumCount。如果lInitialCount=0&&lMaximumCount==5，那么就表示當(dāng)前資源已經(jīng)全部被使用，如果再有進(jìn)程或者線程想使用的話，信號量就會變成－1，該進(jìn)程或者線程進(jìn)入等待隊列，直到有進(jìn)程或者線程執(zhí)行ReleaseMutex;如果lInitialCount=5&&lMaximumCount==5，那么就表示現(xiàn)在信號量可以被進(jìn)程或者線程使用5次，再之后就要進(jìn)行等待；如果InitialCount=2&&MaximumCount==5這樣的用法不太常見，表示還可以調(diào)用兩次CreateSemaphore或者OpenSemaphore，再調(diào)用的話就要進(jìn)入等待狀態(tài)。最后一個參數(shù)表示這個信號量的名字，這樣就可以跨進(jìn)程的時候通過這個名字OpenSemaphore。總結(jié)：1．互斥量與臨界區(qū)的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是說它可以跨越進(jìn)程使用。所以創(chuàng)建互斥量需要的資源更多，所以如果只為了在進(jìn)程內(nèi)部是用的話使用臨界區(qū)會帶來速度上的優(yōu)勢并能夠減少資源占用量。因為互斥量是跨進(jìn)程的互斥量一旦被創(chuàng)建，就可以通過名字打開它。2．互斥量（Mutex），信號燈（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越進(jìn)程使用來進(jìn)行同步數(shù)據(jù)操作，而其他的對象與數(shù)據(jù)同步操作無關(guān)，但對于進(jìn)程和線程來講，如果進(jìn)程和線程在運(yùn)行狀態(tài)則為無信號狀態(tài)，在退出后為有信號狀態(tài)。所以可以使用WaitForSingleObject來等待進(jìn)程和線程退出。3．通過互斥量可以指定資源被獨占的方式使用，但如果有下面一種情況通過互斥量就無法處理，比如現(xiàn)在一位用戶購買了一份三個并發(fā)訪問許可的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶購買的訪問許可數(shù)量來決定有多少個線程/進(jìn)程能同時進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，這時候如果利用互斥量就沒有辦法完成這個要求，信號燈對象可以說是一種資源計數(shù)器。六。CreateMutex()與CreateEvent()區(qū)別使用CreateMutex()來產(chǎn)生一個Mutex物件，而傳入的Mutex名稱字串用以區(qū)別不同的Mutex，也就是說，不管是哪個Process/Thread，只要傳入的名稱叁數(shù)是相同的一個字串，那CreateMutex()傳回值(hMutex,handleofMutex)會指向相同的一個Mutex物件。這和Event物件相同。然而Mutex和Event有很大的不同，Mutex有Owner的概念，如果Mutex為ThreadA所擁有，那麼ThreadA執(zhí)行WaitForSingleObject()時，并不會停下來，而會立即傳回WAIT_OBJECT_0，而其他的Thread執(zhí)行WaitForSingleObject()則會停下來，直到Mutex的所有權(quán)被Release出來或TimeOut。如果一個Thread已取得Mutex的所有權(quán)，而它呼叫WaitForSingleObject()n次，則也要使用ReleaseMutexn次才能夠?qū)utex的擁有權(quán)放棄，這和Event也不同，而且，非Mutex擁有者呼叫ReleaseMutex也不會有任何作用。而每次以WaitForSingleObject呼叫一次，Mutex會有一個計數(shù)器會加一，ReleaseMutex成功會減一，直到Mutex的計數(shù)器為0之後，系統(tǒng)才會將之去除。臨界區(qū)（CriticalSection）

保證在某一時刻只有一個線程能訪問數(shù)據(jù)的簡便辦法。在任意時刻只允許一個線程對共享資源進(jìn)行訪問。如果有多個線程試圖同時訪問臨界區(qū)，那么在有一個線程進(jìn)入后其他所有試圖訪問此臨界區(qū)的線程將被掛起，并一直持續(xù)到進(jìn)入臨界區(qū)的線程離開。臨界區(qū)在被釋放后，其他線程可以繼續(xù)搶占，并以此達(dá)到用原子方式操作共享資源的目的。

臨界區(qū)包含兩個操作原語：

EnterCriticalSection（）進(jìn)入臨界區(qū)

LeaveCriticalSection（）離開臨界區(qū)

EnterCriticalSection（）語句執(zhí)行后代碼將進(jìn)入臨界區(qū)以后無論發(fā)生什么，必須確保與之匹配的LeaveCriticalSection（）都能夠被執(zhí)行到。否則臨界區(qū)保護(hù)的共享資源將永遠(yuǎn)不會被釋放。雖然臨界區(qū)同步速度很快，但卻只能用來同步本進(jìn)程內(nèi)的線程，而不可用來同步多個進(jìn)程中的線程。

MFC提供了很多功能完備的類，我用MFC實現(xiàn)了臨界區(qū)。MFC為臨界區(qū)提供有一個CCriticalSection類，使用該類進(jìn)行線程同步處理是非常簡單的。只需在線程函數(shù)中用CCriticalSection類成員函數(shù)Lock（）和UnLock（）標(biāo)定出被保護(hù)代碼片段即可。Lock（）后代碼用到的資源自動被視為臨界區(qū)內(nèi)的資源被保護(hù)。UnLock后別的線程才能訪問這些資源?；コ饬浚∕utex）

互斥量跟臨界區(qū)很相似，只有擁有互斥對象的線程才具有訪問資源的權(quán)限，由于互斥對象只有一個，因此就決定了任何情況下此共享資源都不會同時被多個線程所訪問。當(dāng)前占據(jù)資源的線程在任務(wù)處理完后應(yīng)將擁有的互斥對象交出，以便其他線程在獲得后得以訪問資源?；コ饬勘扰R界區(qū)復(fù)雜。因為使用互斥不僅僅能夠在同一應(yīng)用程序不同線程中實現(xiàn)資源的安全共享，而且可以在不同應(yīng)用程序的線程之間實現(xiàn)對資源的安全共享。

互斥量包含的幾個操作原語：

CreateMutex（）創(chuàng)建一個互斥量

OpenMutex（）打開一個互斥量

ReleaseMutex（）釋放互斥量

WaitForMultipleObjects（）等待互斥量對象

同樣MFC為互斥量提供有一個CMutex類。使用CMutex類實現(xiàn)互斥量操作非常簡單，但是要特別注意對CMutex的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用

CMutex(BOOLbInitiallyOwn=FALSE,LPCTSTRlpszName=NULL,LPSECURITY_ATTRIBUTESlpsaAttribute=NULL)

不用的參數(shù)不能亂填，亂填會出現(xiàn)一些意想不到的運(yùn)行結(jié)果。信號量（Semaphores）

信號量對象對線程的同步方式與前面幾種方法不同，信號允許多個線程同時使用共享資源，這與操作系統(tǒng)中的PV操作相同。它指出了同時訪問共享資源的線程最大數(shù)目。它允許多個線程在同一時刻訪問同一資源，但是需要限制在同一時刻訪問此資源的最大線程數(shù)目。在用CreateSemaphore（）創(chuàng)建信號量時即要同時指出允許的最大資源計數(shù)和當(dāng)前可用資源計數(shù)。一般是將當(dāng)前可用資源計數(shù)設(shè)置為最大資源計數(shù)，每增加一個線程對共享資源的訪問，當(dāng)前可用資源計數(shù)就會減1，只要當(dāng)前可用資源計數(shù)是大于0的，就可以發(fā)出信號量信號。但是當(dāng)前可用計數(shù)減小到0時則說明當(dāng)前占用資源的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了所允許的最大數(shù)目，不能在允許其他線程的進(jìn)入，此時的信號量信號將無法發(fā)出。線程在處理完共享資源后，應(yīng)在離開的同時通過ReleaseSemaphore（）函數(shù)將當(dāng)前可用資源計數(shù)加1。在任何時候當(dāng)前可用資源計數(shù)決不可能大于最大資源計數(shù)。

PV操作及信號量的概念都是由荷蘭科學(xué)家E.W.Dijkstra提出的。信號量S是一個整數(shù)，S大于等于零時代表可供并發(fā)進(jìn)程使用的資源實體數(shù)，但S小于零時則表示正在等待使用共享資源的進(jìn)程數(shù)。

P操作申請資源：

（1）S減1；

（2）若S減1后仍大于等于零，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；

（3）若S減1后小于零，則該進(jìn)程被阻塞后進(jìn)入與該信號相對應(yīng)的隊列中，然后轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。

V操作釋放資源：

（1）S加1；

（2）若相加結(jié)果大于零，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；

（3）若相加結(jié)果小于等于零，則從該信號的等待隊列中喚醒一個等待進(jìn)程，然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。

信號量包含的幾個操作原語：

CreateSemaphore（）創(chuàng)建一個信號量

OpenSemaphore（）打開一個信號量

ReleaseSemaphore（）釋放信號量

WaitForSingleObject（）等待信號量事件（Event）

事件對象也可以通過通知操作的方式來保持線程的同步。并且可以實現(xiàn)不同進(jìn)程中的線程同步操作。

信號量包含的幾個操作原語：

CreateEvent（）創(chuàng)建一個信號量

OpenEvent（）打開一個事件

SetEvent（）回置事件

WaitForSingleObject（）等待一個事件

WaitForMultipleObjects（）等待多個事件

WaitForMultipleObjects函數(shù)原型：

WaitForMultipleObjects（

INDWORDnCount,//等待句柄數(shù)

INCONSTHANDLE*lpHandles,//指向句柄數(shù)組

INBOOLbWaitAll,//是否完全等待標(biāo)志

INDWORDdwMilliseconds//等待時間

）

參數(shù)nCount指定了要等待的內(nèi)核對象的數(shù)目，存放這些內(nèi)核對象的數(shù)組由lpHandles來指向。fWaitAll對指定的這nCount個內(nèi)核對象的兩種等待方式進(jìn)行了指定，為TRUE時當(dāng)所有對象都被通知時函數(shù)才會返回，為FALSE則只要其中任何一個得到通知就可以返回。dwMilliseconds在這里的作用與在WaitForSingleObject（）中的作用是完全一致的。如果等待超時，函數(shù)將返回WAIT_TIMEOUT?？偨Y(jié)：

1．互斥量與臨界區(qū)的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是說它可以跨越進(jìn)程使用。所以創(chuàng)建互斥量需要的資源更多，所以如果只為了在進(jìn)程內(nèi)部是用的話使用臨界區(qū)會帶來速度上的優(yōu)勢并能夠減少資源占用量。因為互斥量是跨進(jìn)程的互斥量一旦被創(chuàng)建，就可以通過名字打開它。

2．互斥量（Mutex），信號燈（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越進(jìn)程使用來進(jìn)行同步數(shù)據(jù)操作，而其他的對象與數(shù)據(jù)同步操作無關(guān)，但對于進(jìn)程和線程來講，如果進(jìn)程和線程在運(yùn)行狀態(tài)則為無信號狀態(tài)，在退出后為有信號狀態(tài)。所以可以使用WaitForSingleObject來等待進(jìn)程和線程退出。

3．通過互斥量可以指定資源被獨占的方式使用，但如果有下面一種情況通過互斥量就無法處理，比如現(xiàn)在一位用戶購買了一份三個并發(fā)訪問許可的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶購買的訪問許可數(shù)量來決定有多少個線程/進(jìn)程能同時進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，這時候如果利用互斥量就沒有辦法完成這個要求，信號燈對象可以說是一種資源計數(shù)器。首選使用臨界區(qū)對象,主要原因是使用簡單。EnterCriticalSection（）函數(shù)等候指定的危險區(qū)段對象的所有權(quán)。當(dāng)調(diào)用的線程被允許所有權(quán)時，函數(shù)返回。EnterCriticalSection（），一個單獨進(jìn)程的線程可以使用一個危險區(qū)段對象作為相互-排除同步。進(jìn)程負(fù)責(zé)分配被一個危險區(qū)段對象使用的內(nèi)存,它藉由聲明一個CRITICAL_SECTION類型的變量實現(xiàn)。在使用一個危險區(qū)段之前，進(jìn)程的一些線程必須調(diào)用InitializeCriticalSection函數(shù)設(shè)定對象的初值.為了要使互斥的訪問被共享的資源,每個線程調(diào)用EnterCriticalSection或者TryEnterCriticalSection功能，在執(zhí)行訪問被保護(hù)資源的任何代碼段之前，請求危險區(qū)段的所有權(quán)。#include<windows.h>#include<iostream>usingnamespacestd;DWORDWINAPIFun1Proc(LPVOIDlpParameter);DWORDWINAPIFun2Proc(LPVOIDlpParameter);inttickets=100;CRITICAL_SECTIONg_csA;CRITICAL_SECTIONg_csB;voidmain(){HANDLEhThread1;HANDLEhThread2;hThread1=CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);hThread2=CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);CloseHandle(hThread1);CloseHandle(hThread2);InitializeCriticalSection(&g_csA);InitializeCriticalSection(&g_csB);Sleep(40000);DeleteCriticalSection(&g_csA);DeleteCriticalSection(&g_csB);}DWORDWINAPIFun1Proc(LPVOIDlpParameter){while(TRUE){EnterCriticalSection(&g_csA);Sleep(1);//EnterCriticalSection(&g_csB);//臨界區(qū)的同步和互鎖if(tickets>0){Sleep(1);cout<<"Thread1sellticket:"<<tickets--<<endl;//LeaveCriticalSection(&g_csB);LeaveCriticalSection(&g_csA);}else{//LeaveCriticalSection(&g_csB);LeaveCriticalSection(&g_csA);break;}}return0;}DWORDWINAPIFun2Proc(LPVOIDlpParameter){while(TRUE){EnterCriticalSection(&g_csB);Sleep(1);EnterCriticalSection(&g_csA);if(tickets>0){Sleep(1);cout<<"Thread2sellticket:"<<tickets--<<endl;LeaveCriticalSection(&g_csA);LeaveCriticalSection(&g_csB);}else{LeaveCriticalSection(&g_csA);LeaveCriticalSection(&g_csB);break;}}return0;}二、使用互斥對象DWORDWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds);如果時間是有信號狀態(tài)返回WAIT_OBJECT_0，如果時間超過dwMilliseconds值但時間事件還是無信號狀態(tài)則返回WAIT_TIMEOUTWaitForSingleObject函數(shù)用來檢測hHandle事件的信號狀態(tài)，當(dāng)函數(shù)的執(zhí)行時間超過dwMilliseconds就返回，但如果參數(shù)dwMilliseconds為INFINITE時函數(shù)將直到相應(yīng)時間事件變成有信號狀態(tài)才返回，否則就一直等待下去，直到WaitForSingleObject有返回直才執(zhí)行后面的代碼。#include<windows.h>#include<iostream>usingnamespacestd;DWORDWINAPIFun1Proc(LPVOIDlpParameter);DWORDWINAPIFun2Proc(LPVOIDlpParameter);intindex=0;inttickets=100;HANDLEhMutex;voidmain(){HANDLEhThread1;HANDLEhThread2;hThread1=CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);//創(chuàng)建線程hThread2=CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);CloseHandle(hThread1);CloseHandle(hThread2);//保證應(yīng)用程序只有一個實例運(yùn)行,創(chuàng)建一個命名的互斥對象.hMutex=CreateMutex(NULL,TRUE,LPCTSTR("tickets"));//創(chuàng)建時主線程擁有該互斥對象,互斥對象的線程ID為主線程的ID,同時將該互斥對象內(nèi)部計數(shù)器置為1if(hMutex){if(ERROR_ALREADY_EXISTS==GetLastError()){cout<<"onlyoneinstancecanrun!"<<endl;//Sleep(40000);return;}}WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);//使用該函數(shù)請求互斥對象時,雖說該對象處于無信號狀態(tài),但因為請求的線程ID和該互斥對象所有者的線程ID是相同的.所以仍然可以請求到這個互斥對象,于是該互斥對象內(nèi)部計數(shù)器加1,內(nèi)部計數(shù)器的值為2.意思是有兩個等待動作ReleaseMutex(hMutex);//釋放一次互斥對象,該互斥對象內(nèi)部計數(shù)器的值遞減1,操作系統(tǒng)不會將這個互斥對象變?yōu)橐淹ㄖ獱顟B(tài).ReleaseMutex(hMutex);//釋放一次互斥對象,該互斥對象內(nèi)部計數(shù)器的值為0,同時將該對象設(shè)置為已通知狀態(tài).//對于互斥對象來說,誰擁有誰釋放Sleep(40000);}DWORDWINAPIFun1Proc(LPVOIDlpParameter){while(TRUE){WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);//等待互斥對象有信號if(tickets>0){Sleep(1);cout<<"thread1sellticket:"<<tickets--<<endl;}elsebreak;ReleaseMutex(hMutex);//設(shè)置該互斥對象的線程ID為0,并且將該對象設(shè)置為有信號狀態(tài)}return0;}DWORDWINAPIFun2Proc(LPVOIDlpParameter){while(TRUE){WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);if(tickets>0){Sleep(1);cout<<"thread2sellticket:"<<tickets--<<endl;}elsebreak;ReleaseMutex(hMutex);}return0;}三、使用事件對象HANDLECreateEvent(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpEventAttributes,//SDBOOLbManualReset,//resettypeBOOLbInitialState,//initialstateLPCTSTRlpName//objectname);該函數(shù)創(chuàng)建一個Event同步對象,并返回該對象的HandlelpEventAttributes一般為NULLbManualReset創(chuàng)建的Event是自動復(fù)位還是人工復(fù)位 ,如果true,人工復(fù)位,一旦該Event被設(shè)置為有信號,則它一直會等到ResetEvent()API被調(diào)用時才會恢復(fù)為無信號.如果為false,Event被設(shè)置為有信號,則當(dāng)有一個wait到它的Thread時,該Event就會自動復(fù)位,變成無信號.bInitialState初始狀態(tài),true,有信號,false無信號lpNameEvent對象名一個Event被創(chuàng)建以后,可以用OpenEvent()API來獲得它的Handle,用CloseHandle()來關(guān)閉它,用SetEvent()或PulseEvent()來設(shè)置它使其有信號,用ResetEvent()來使其無信號,用WaitForSingleObject()或WaitForMultipleObjects()來等待其變?yōu)橛行盘?PulseEvent()是一個比較有意思的使用方法,正如這個API的名字,它使一個Event對象的狀態(tài)發(fā)生一次脈沖變化,從無信號變成有信號再變成無信號,而整個操作是原子的.對自動復(fù)位的Event對象,它僅釋放第一個等到該事件的thread（如果有),而對于人工復(fù)位的Event對象,它釋放所有等待的thread.#include<windows.h>#include<iostream>usingnamespacestd;DWORDWINA