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12.2 线程的同步
多线程的使用会产生一些新的问题，主要是如何保证线程的同步执行。多线程应用程序需要使用同步对象和等待函数来实现同步。 12.2.1 为什么需要同步 由于同一进程的所有线程共享进程的虚拟地址空间，并且线程的中断是汇编语言级的，所以可能会发生两个线程同时访问同一个对象（包括全局变量、共享资源、API函数和MFC对象等）的情况，这有可能导致程序错误。例如，如果一个线程在未完成对某一大尺寸全局变量的读操作时，另一个线程又对该变量进行了写操作，那么第一个线程读入的变量值可能是一种修改过程中的不稳定值。 属于不同进程的线程在同时访问同一内存区域或共享资源时，也会存在同样的问题。 因此，在多线程应用程序中，常常需要采取一些措施来同步线程的执行。需要同步的情况包括以下几种：
12.2.2 等待函数 Win32 API提供了一组能使线程阻塞其自身执行的等待函数。这些函数只有在作为其参数的一个或多个同步对象(见下小节)产生信号时才会返回。在超过规定的等待时间后，不管有无信号，函数也都会返回。在等待函数未返回时，线程处于等待状态，此时线程只消耗很少的CPU时间。 使用等待函数即可以保证线程的同步，又可以提高程序的运行效率。最常用的等待函数是WaitForSingleObject，该函数的声明为：
参数hHandle是同步对象的句柄。参数dwMilliseconds是以毫秒为单位的超时间隔，如果该参数为0，那么函数就测试同步对象的状态并立即返回，如果该参数为INFINITE，则超时间隔是无限的。函数的返回值在表12.1中列出。
表12.1 WaitForSingleObject的返回值
函数WaitForMultipleObjects可以同时监测多个同步对象，该函数的声明为：
参数nCount是句柄数组中句柄的数目。lpHandles代表一个句柄数组。bWaitAll说明了等待类型，如果为TRUE，那么函数在所有对象都有信号后才返回，如果为FALSE，则只要有一个对象变成有信号的，函数就返回。函数的返回值在表12.2中列出。参数dwMilliseconds是以毫秒为单位的超时间隔，如果该参数为0，那么函数就测试同步对象的状态并立即返回，如果该参数为INFINITE，则超时间隔是无限的。
表12.2 WaitForMultipleObjects的返回值
12.2.3 同步对象 同步对象用来协调多线程的执行，它可以被多个线程共享。线程的等待函数用同步对象的句柄作为参数，同步对象应该是所有要使用的线程都能访问到的。同步对象的状态要么是有信号的，要么是无信号的。同步对象主要有三种：事件、mutex和信号灯。 事件对象(Event)是最简单的同步对象，它包括有信号和无信号两种状态。在线程访问某一资源之前，也许需要等待某一事件的发生，这时用事件对象最合适。例如，只有在通信端口缓冲区收到数据后，监视线程才被激活。 事件对象是用CreateEvent函数建立的。该函数可以指定事件对象的种类和事件的初始状态。如果是手工重置事件，那么它总是保持有信号状态，直到用ResetEvent函数重置成无信号的事件。如果是自动重置事件，那么它的状态在单个等待线程释放后会自动变为无信号的。用SetEvent可以把事件对象设置成有信号状态。在建立事件时，可以为对象起个名字，这样其它进程中的线程可以用OpenEvent函数打开指定名字的事件对象句柄。 mutex对象的状态在它不被任何线程拥有时是有信号的，而当它被拥有时则是无信号的。mutex对象很适合用来协调多个线程对共享资源的互斥访问(mutually exclusive)。 线程用CreateMutex函数来建立mutex对象，在建立mutex时，可以为对象起个名字，这样其它进程中的线程可以用OpenMutex函数打开指定名字的mutex对象句柄。在完成对共享资源的访问后，线程可以调用ReleaseMutex来释放mutex，以便让别的线程能访问共享资源。如果线程终止而不释放mutex，则认为该mutex被废弃。 信号灯对象维护一个从0开始的计数，在计数值大于0时对象是有信号的，而在计数值为0时则是无信号的。信号灯对象可用来限制对共享资源进行访问的线程数量。线程用CreateSemaphore函数来建立信号灯对象，在调用该函数时，可以指定对象的初始计数和最大计数。在建立信号灯时也可以为对象起个名字，别的进程中的线程可以用OpenSemaphore函数打开指定名字的信号灯句柄。 一般把信号灯的初始计数设置成最大值。每次当信号灯有信号使等待函数返回时，信号灯计数就会减1，而调用ReleaseSemaphore可以增加信号灯的计数。计数值越小就表明访问共享资源的程序越多。 除了上述三种同步对象外，表12.3中的对象也可用于同步。另外，有时可以用文件或通信设备作为同步对象使用。
表12.3 可用于同步的对象
当对象不再使用时，应该用CloseHandle函数关闭对象句柄。 清单12.3是一个使用事件对象的简单例子，在该例中，假设主线程要读取共享缓冲区中的内容，而辅助线程负责向缓冲区中写入数据。两个线程使用了一个hEvent事件对象来同步。在用CreateEvent函数创建事件对象句柄时，指定该对象是一个自动重置事件，其初始状态为有信号的。当线程要读写缓冲区时，调用WaitForSingleObject函数无限等待hEvent信号。如果hEvent无信号，则说明另一线程正在访问缓冲区；如果有信号，则本线程可以访问缓冲区，WaitForSingleObject函数在返回后会自动把hEvent置成无信号的，这样在本线程读写缓冲区时别的线程不会同时访问。在完成读写操作后，调用SetEvent函数把hEvent置成有信号的，以使别的线程有机会访问共享缓冲区。
清单12.3 使用事件对象的简单例子 HANDLE hEvent; //全局变量
//主线程 hEvent=CreateEvent(NULL, FALSE, TRUE, NULL); if(hEvent= =NULL) return;
. . . WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE); ReadFromBuf( ); SetEvent( hEvent );
. . . CloseHandle( hEvent );
//辅助线程 UINT MyThreadProc( LPVOID pParam ) { . . . WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE); WriteToBuf( ); SetEvent( hEvent ); . . . return 0; // 线程正常结束 } 12.2.4 关键节和互锁变量访问 关键节(Critical Seciton)与mutex的功能类似，但它只能由同一进程中的线程使用。关键节可以防止共享资源被同时访问。 进程负责为关键节分配内存空间，关键节实际上是一个CRITICAL_SECTION型的变量，它一次只能被一个线程拥有。在线程使用关键节之前，必须调用InitializeCriticalSection函数将其初始化。如果线程中有一段关键的代码不希望被别的线程中断，那么可以调用EnterCriticalSection函数来申请关键节的所有权，在运行完关键代码后再用LeaveCriticalSection函数来释放所有权。如果在调用EnterCriticalSection时关键节对象已被另一个线程拥有，那么该函数将无限期等待所有权。 利用互锁变量可以建立简单有效的同步机制。使用函数InterlockedIncrement和InterlockedDecrement可以增加或减少多个线程共享的一个32位变量的值，并且可以检查结果是否为0。线程不必担心会被其它线程中断而导致错误。如果变量位于共享内存中，那么不同进程中的线程也可以使用这种机制。
本教程幼髡? 作者: 不详, 来源: Visual C++王朝 |
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