多线程编程之临界区的应用

一 临界区特点
临界区（Critical Section）是一段供线程独占式访问的代码，也就是说若有一线程正在访问该代码段，其它线程想要访问，只能等待当前线程离开该代码段方可进入，这样保证了线程安全。他工作于用户级（相对于内核级），在Window系统中CRITICAL_SECTION实现临界区相关机制。

二 临界区相关函数：

void InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)  // 初始化临界区

void EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)       // 进入临界区

void LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)       // 离开临界区

void DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection)      // 释放临界区资源

使用示例：

#include <windows.h>

static CRITICAL_SECTION cs; // 定义临界区对象，如果程序是OOP的，可以定义为类non-static成员

// 在进入多线程环境之前，初始化临界区
InitializeCriticalSection(&cs);

void f()
{
    EnterCriticalSection(&cs);// 进入临界区，其它线程则无法进入

    // 安全访问该区域


    LeaveCriticalSection(&cs);  // 离开临界区，其它线程可以进入
}

// 释放临界区资源，当不再使用临界区时调用该函数
DeleteCriticalSection(&cs);

三 临界区的应用
EnterCriticalSection和LeaveCriticalSection跟new/delete一样是成对调用的，很多时候在调用EnterCriticalSection以后不得不在多处加入LeaveCriticalSection，因为临界区内有return,break,continue,goto等等跳转，一不小心就会造成死锁。基于这个原因，在很多开源代码中都对CRITICAL_SECTION进行了封装。下面是我从某开源库中摘取的封装后的代码：

#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封装了CRITICAL_SECTION相关的四个函数，Mutex的对象可作为类的non-static成员，这样通过Mutex的构造和析构执行InitializeCriticalSection和DeleteCriticalSection。
在进入临界区的地方（函数体内）定义Mutex::Lock的对象作为局部变量，通过Mutex::Lock对象的生命周期控制临界区范围。

使用示例：

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

void A::Foo()
{
  Mutex::Lock lock(mutex);
  // 临界区代码
}