多線程之線程同步

線程同步，如果光從字面上看，這四個字並不好理解。什麼叫線程的同步？讓線程同時都在運行，顯然不是如此。多線程的出現，就是爲了讓每個子線程做獨立的事情，而這裏面經常發生的一個問題是，子線程做獨立的事情時卻要使用同一個資源（即共享資源，常常是全局變量）。所以，我更喜歡稱之爲線程的協調，使線程協調訪問共享資源，而不是在同一時刻訪問它。

舉個例子，我們平時的火車售票系統，其中定義了一個變量tickets，是全局變量，也是各個子線程都可以訪問的共享資源。這個時候，如果有兩個子線程同時訪問這個變量，勢必會出現售票混亂的問題。當然，文字性的敘述永遠都不夠清晰明瞭。

實現線程的協調，有三種方式（我現在只知道3種），分別是通過創建互斥對象函數（CreateMutex）、創建事件對象函數（CreateEvent）、初始化臨界區對象函數（InitializeCriticalSection）來實現。

 

代碼1（創建互斥對象函數）：

#include <windows.h>
#include <iostream.h>

int tickets=100; //共享資源
HANDLE hMutex;   //共享對象（因爲是全局變量嘛~）

//線程入口函數的聲明
DWORD WINAPI Func1Proc(LPVOID lpParameter);
DWORD WINAPI Func2Proc(LPVOID lpParameter);

//主線程
int main()
{
    HANDLE hThread1;
    HANDLE hThread2;

    /*安全屬性(SecurityAttributes),
     *是否擁有互斥對象(InitialOwner),
     *是否是匿名的互斥對象(MutexName)
     */
    hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);

    hThread1=CreateThread(NULL,0,Func1Proc,NULL,0,NULL);
    hThread2=CreateThread(NULL,0,Func2Proc,NULL,0,NULL);
    CloseHandle(hThread1);
    CloseHandle(hThread2);

    Sleep(4000);

    return 0;
}

//線程1的入口函數
DWORD WINAPI Func1Proc(LPVOID lpParameter)
{
    while(true)
    {
        WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
        if(tickets>0)
        {

           cout<<"thread1 sell tickets: "<<tickets--<<endl;  //tickets先輸出，再減1
        }
        else
        {
           break;
        }
        ReleaseMutex(hMutex);
    }

    return 0;
}
//線程2的入口函數
DWORD WINAPI Func2Proc(LPVOID lpParameter)
{
    while(true)
    {
        WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
        if(tickets>0)
        {

           cout<<"thread2 sell tickets: "<<tickets--<<endl;  //tickets先輸出，再減1
        }
        else
        {
           break;
        }
        ReleaseMutex(hMutex);
    }

    return 0;
}

需要注意的是，CreateMutex函數的3個參數，說明如下：

HANDLE CreateMutex( 
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, 
  BOOL bInitialOwner, 
  LPCTSTR lpName 
);

第一個參數，表示默認的安全屬性；

第二個參數，表示創建互斥對象時主線程是否擁有互斥對象；

第三個參數，互斥對象名

 

代碼2（創建事件對象函數）：

#include <windows.h>
#include <iostream.h>

int tickets=100; //共享資源
HANDLE hEvent;   //共享對象（因爲是全局變量嘛~）

//線程入口函數的聲明
DWORD WINAPI Func1Proc(LPVOID lpParameter);
DWORD WINAPI Func2Proc(LPVOID lpParameter);

//主線程
int main()
{
    HANDLE hThread1;
    HANDLE hThread2;

    /*第三個參數FALSE，表示事件對象初始化爲無信號狀態
     *第二個參數FASLE，表示線程申請事件對象之後(自動設置爲無信號狀態)
     */
    hEvent=CreateEvent(NULL,FALSE,TRUE,NULL);

    hThread1=CreateThread(NULL,0,Func1Proc,NULL,0,NULL);
    hThread2=CreateThread(NULL,0,Func2Proc,NULL,0,NULL);
    CloseHandle(hThread1);
    CloseHandle(hThread2);

    Sleep(4000);

    return 0;
}

//線程1的入口函數
DWORD WINAPI Func1Proc(LPVOID lpParameter)
{
    while(true)
    {
        WaitForSingleObject(hEvent,INFINITE);
        if(tickets>0)
        {

           cout<<"thread1 sell tickets: "<<tickets--<<endl;  //tickets先輸出，再減1
           SetEvent(hEvent);
        }
        else
        {
           break;
        }

    }

    return 0;
}
//線程2的入口函數
DWORD WINAPI Func2Proc(LPVOID lpParameter)
{
    while(true)
    {
        WaitForSingleObject(hEvent,INFINITE);
        if(tickets>0)
        {

           cout<<"thread2 sell tickets: "<<tickets--<<endl;  //tickets先輸出，再減1
           SetEvent(hEvent);
        }
        else
        {
           break;
        }

    }

    return 0;
}

需要注意的是，CreateMutex函數的4個參數，說明如下：

HANDLE CreateEvent(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes, 
  BOOL bManualReset, 
  BOOL bInitialState, 
  LPTSTR lpName 
); 

第一個參數，同上；

第二個參數，表示申請到線程互斥對象後是否手動設置爲無信號狀態；

第三個參數，表示事件對象的初始化狀態；（更正：代碼中的註釋行，應該是初始化爲有信號狀態）

第四個參數，同上

 

代碼3（初始化臨界區對象函數）：

#include <windows.h>
#include <iostream.h>

int tickets=100; //共享資源
CRITICAL_SECTION g_cs;   //共享對象（因爲是全局變量嘛~）

//線程入口函數的聲明
DWORD WINAPI Func1Proc(LPVOID lpParameter);
DWORD WINAPI Func2Proc(LPVOID lpParameter);

//主線程
int main()
{
    HANDLE hThread1;
    HANDLE hThread2;

    /*似乎，臨界區對象最方便，至少初始化的時候就只需要一個參數
     *
     */
    InitializeCriticalSection(&g_cs);

    hThread1=CreateThread(NULL,0,Func1Proc,NULL,0,NULL);
    hThread2=CreateThread(NULL,0,Func2Proc,NULL,0,NULL);
    CloseHandle(hThread1);
    CloseHandle(hThread2);

    Sleep(4000);
    DeleteCriticalSection(&g_cs);

    return 0;
}

//線程1的入口函數
DWORD WINAPI Func1Proc(LPVOID lpParameter)
{
    while(true)
    {
        EnterCriticalSection(&g_cs);

        if(tickets>0)
        {

           cout<<"thread1 sell tickets: "<<tickets--<<endl;  //tickets先輸出，再減1
        }
        else
        {
           break;
        }

        LeaveCriticalSection(&g_cs);

    }

    return 0;
}
//線程2的入口函數
DWORD WINAPI Func2Proc(LPVOID lpParameter)
{
    while(true)
    {
        EnterCriticalSection(&g_cs);

        if(tickets>0)
        {

           cout<<"thread2 sell tickets: "<<tickets--<<endl;  //tickets先輸出，再減1
        }
        else
        {
           break;
        }

        LeaveCriticalSection(&g_cs);

    }

    return 0;
}

 

 

我現在想說的是，如果綜合起來看的話，對於第一種方法，需要通過WaitForSingleObject函數來申請互斥對象，一旦申請到後，（操作系統會將互斥對象設置爲無信號狀態），以防止其它線程申請。當售完票之後，該線程必須調用ReleaseMutex函數釋放互斥對象，（操作系統又會將互斥對象設置爲有信號狀態）。這時，其它線程就可以申請互斥對象。如此循環，即可實現線程的協調。

對於第三種方法，原理一樣，無非換成了EnterCriticalSection函數和LeaveCriticalSection函數。

而第二種方法，大致也是如此，只是換成了WaitForSingleObject函數和SetEvent函數。

但這幾種線程協調的方法，肯定有不同之處（不然弄三個這玩意幹嘛~），至於具體差別在哪兒，我也不是很清楚。因爲書上也沒有寫清楚。