多線程編程之臨界區的應用

一 臨界區特點
臨界區（Critical Section）是一段供線程獨佔式訪問的代碼，也就是說若有一線程正在訪問該代碼段，其它線程想要訪問，只能等待當前線程離開該代碼段方可進入，這樣保證了線程安全。他工作於用戶級（相對於內核級），在Window系統中CRITICAL_SECTION實現臨界區相關機制。

二 臨界區相關函數：

void InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)  // 初始化臨界區

void EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)       // 進入臨界區

void LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)       // 離開臨界區

void DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)      // 釋放臨界區資源

使用示例：

#include <windows.h>

static CRITICAL_SECTION cs; // 定義臨界區對象，如果程序是OOP的，可以定義爲類non-static成員

// 在進入多線程環境之前，初始化臨界區
InitializeCriticalSection(&cs);

void f()
{
    EnterCriticalSection(&cs);// 進入臨界區，其它線程則無法進入

    // 安全訪問該區域


    LeaveCriticalSection(&cs);  // 離開臨界區，其它線程可以進入
}

// 釋放臨界區資源，當不再使用臨界區時調用該函數
DeleteCriticalSection(&cs);

三 臨界區的應用
EnterCriticalSection和LeaveCriticalSection跟new/delete一樣是成對調用的，很多時候在調用EnterCriticalSection以後不得不在多處加入LeaveCriticalSection，因爲臨界區內有return,break,continue,goto等等跳轉，一不小心就會造成死鎖。基於這個原因，在很多開源代碼中都對CRITICAL_SECTION進行了封裝。下面是我從某開源庫中摘取的封裝後的代碼：

#include <Windows.h>

class Mutex {
public:
  Mutex()                      { InitializeCriticalSection(§ion); }
  ~Mutex()                     { DeleteCriticalSection(§ion); }
  void  Enter()                { EnterCriticalSection(§ion); }
  void  Leave()                { LeaveCriticalSection(§ion); }

  struct Lock;
protected:
  Mutex(const Mutex&);
  Mutex& operator=(const Mutex&);

  CRITICAL_SECTION section;
};

struct Mutex::Lock {
  Mutex& s;
  Lock(Mutex& s) : s(s) { s.Enter(); }
  ~Lock()               { s.Leave(); }
};

上面Mutex封裝了CRITICAL_SECTION相關的四個函數，Mutex的對象可作爲類的non-static成員，這樣通過Mutex的構造和析構執行InitializeCriticalSection和DeleteCriticalSection。
在進入臨界區的地方（函數體內）定義Mutex::Lock的對象作爲局部變量，通過Mutex::Lock對象的生命週期控制臨界區範圍。

使用示例：

class A{
public:
  void Foo();
private:
  Mutex mutex;
};

void A::Foo()
{
  Mutex::Lock lock(mutex);
  // 臨界區代碼
}