Windows编程之线程同步
本笔记整理自：《Windows核心编程（第五版）》
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什么是线程同步
- 多个线程是并行运行的，而在对堆区的变量是公有变量，任何线程都可以对他们进行访问和修改。这就会引发x访问冲突的问题。当多个线程同时修改一个变量时，极有可能会产生逻辑上的错误，甚至程序崩溃。
用户方式中的线程同步
InterlockedIncrement(LONG volatile *Addend) // *Addend++;
InterlockedDecrement(LONG volatile *Addend) // *Addend--;
InterlockedExchangeAdd(LONG volatile *Addend,LONG Value) // *Addend+=Value;
InterlockedExchangeSubtract(LONG volatile *Addend,LONG Value) // *Addend-=Value;
InterlockedExchange(LONG volatile *Target,LONG Value) // *Target=Value;
TInterlockedExchangePointer(PVOID volatile *Target,PVOID Value) // *Target=&Value;
InterlockedCompareExchange(LONG volatile *Target,LONG Exchange,Long Compared) // if(*Target==Compared) *pDest=Exchange;
InterlockedCompareExchangePointer(PVOID volatile *Target,PVOID Exchange,PVOID Compared) // if(*pDest==pCompare) pDest=&value;是一种实现原子操作的较为简单的方式
相关用法
//Samples:
CRITICAL_SECTION g_cs;
InitializeCriticalSection(&g_cs);
void thread_enter_function()
{
EnterCriticalSection(&g_cs);//访问线程共享的变量 //在此范围内，涉及到的数据只允许一个线程使用 //To-DO:... LeaveCriticalSection(&g_cs);}
相关函数
//初始化
VOID InitializeCriticalSection(PCRITICAL_SECTION* pcs);//删除变量。当不需要这一结构体时，就可以调用此方法删除此变量
VOID DeleteCriticalSection(PCRITICAL_SECTION* pcs);// 是否允许访问，可以用此函数代替EnterCriticalSection
// 每一个返回true的TryEnterCriticalSection的调用必须搭配一个LeaveCriticalSection
// 非挂起式关键段访问
// 若有其他线程访问此关键段，则返回FALSE。可以访问则放回TRUE
BOOL TryEnterCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);//进入关键段（当有其他在访问时会挂起）
VOID EnterCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);//离开关键段
VOID LeaveCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);//设置挂起前试图访问锁的次数
//也就是说：若当前有其他地方正在访问关键段时，此处持续访问的次数，若超过这一次数，此处将会挂起。
SetCriticalSectionSpinCount(PCRITICAL_SECTION pcs,DWORD dwSpinCount);//设置挂起前试图访问锁的次数并初始化变量
InitializeCriticalSectionAndSpinCount(PCRITICAL_SECTION pcs,DWORD dwSpinCount);
内核对象的同步方式
内核对象的同步是用什么来实现原子访问的呢？关键函数就是等待函数。
/*
- @params:
- hObject:要等待的内核对象
- dwMilliseconds：线程最多愿意花多长的时间来等待对象被触发。可以设为INFINITE来表示无限长的时间
* - @return:
- 指定了当前的状态
- WAIT_OBJECT_0 : 表示等待的对象被触发
- WAIT＿TIMEOUT : 表示等待对象超过了dwMilliseconds
- WAIT_FAILED : 给WaitForSingleObject传入了无效参数
*/
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hObject,DWORD dwMilliseconds);
/*
- 和WaitForSingleObject类似，区别在于此函数可以同时检查多个内核对象的触发情况
* - @params:
- dwCount : 希望函数检查内核对象的数量，范围是 [1 , MAXIMUM_WAIT_OBJECTS]
- phObjects : 内核对象数组
- bWaitAll ： 是否等待所有内核对象触发才取消堵塞（为false时只要有一个触发就取消堵塞）
- dwMilliseconds：线程最多愿意花多长的时间来等待对象被触发。可以设为INFINITE来表示无限长的时间
* - @return
- 和WaitForSingleObject的区别在于：
- WAIT_OBJECT_0 : 表示等待的对象被触发1个
- WAIT_OBJECT_1 : 表示等待的对象被触发2个
- …
- bWaitAll设为false,正常情况下返回[ 1 , WAIT_OBJECT_0+(dwCount-1) ]
* - PS:如果bWaitAll设为true,则返回WAIT_OBJECT_0
/ DWORD WaitForMultipleObjects(DWORD dwCount,CONST HANDLE phObjects,BOOL bWaitAll,DWORD dwMilliseconds);
基于此等待函数，下面将介绍四种内核对象。
事件内核是最基本的对象。它主要管理：
- 一个使用计数
- 是否是人工重置事件的布尔值
- 是否是触发状态的布尔值
人工重置事件VS自动重置事件
- 人工重置事件：得到通知时，等待时间的所有线程均变为可调度线程。
- 自动重置事件：得到通知时，等待该事件的线程只有一个变为可调度线程。系统会自动将事件对象状态设置为未激活状态
相关函数
/*
- @params
- psa:安全性结构体
- bManualReset : 创建的是一个手动事件（TRUE）还是自动重置事件（FALSE）
- bInitialState ： 初始的状态是触发（TRUE）还是未触发（FALSE）
- pszName：事件名称（唯一标识字符串）
*/
HANDLE CreateEvent(PSECURITY_ATTRIBUTES psa,BOOL bManualReset,BOOL bInitialState,PCTSTR pszName);
/*
- 打开已存在的事件。（供其他线程访问此事件）
- @params
- dwDesireAccess：（int）指定对事件对象的请求访问权限，如果安全描述符指定的对象不允许要求通过对调用该函数的过程，函数将返回失败
- hInheriy：是否继承
- pszName：事件名称
*/
HANDLE OpenEvent(DWORD dwDesireAccess,BOOL hInheriy,PCTSTR pszName);
BOOL SetEvent(HANDLE hEvent); //把事件设置为触发状态
BOOL ResetEvent(HANDLE hEvent); //把事件设置为未触发状态
BOOL PulseEvent(HANDLE hEvent); //触发一次或设置为未触发，相当于激发一次。（不常用）
在某个事件或按规定的间隔事件发出自己的信号通知的内核对象。
相关函数
/*
- @params:
- bManualReset:是手动重置计时器还是自动重置计时器
*/
HANDLE CreateWaitableTimer(PSECURITY_ATTRIBUTES psa,BOOL bManualReset,PCTSTR pszName)
//打开已存在的计时器内核对象
HANDLE OpenWaitableTimer(PSECURITY_ATTRIBUTES psa,BOOL bManualReset,PCTSTR pszName)/*
- @params
- hTimer : 想要触发的计时器
- pDueTime ： 第一次触发的事件的时间
- lPeriod ：在第一次触发之后，计时器应该以怎样的频度触发。（单位为毫秒）
- pfnCompletionRoutine : 可设为NULL
- pvArgToCompletionRoutine ： 可设为NULL
- bResume ： 可设为false
*/
BOOL SetWaitableTimer(
HANDLE hTimer,
const LARGE_INTEGER *pDueTime;
LONG lPeriod,
PTIMERAPCROUTINE pfnCompletionRoutine,
PVOID pvArgToCompletionRoutine,
BOOL bResume
);
//取消计时器
BOOL CancelWaitableTimer(HANDLE hTimer);用来对资源进行计数。它的规则如下：
- 如果当前资源计数>0,那么信号量处于触发状态。
- 如果当前资源计数=0，那么信号量处于未触发状态
- 在线程中调用一个等待函数，如果>0，则计数器-1，线程取消阻塞。
相关函数
HANDLE CreateSemaphore(PSECURITY_ATTRIBUTES psa,LONG lInitialCount,LONG lMaximumCount,PCTSTR pszName);
HANDLE OpenSemaphore(DWORD dwDesiredAccess,BOOL bInheritHandle,PCTSTR pszName);
/*
- @params:
- hSemaphore : 信号量内核对象句柄
- lReleaseCount ： 增加的计数值
- plPreviousCount ： 增加前的计数值
*/
BOOL ReleaseSemaphore(HANDLE hSemaphore,LONG lReleaseCount,PLONG plPreviousCount)
用来确保一个线程独占对一个资源的访问。
包含一个实用技术、线程ID以及一个递归计数
互斥量规则如下
- 如果线程ID为0（无效线程ID），那么该无耻两不为任何线程所占有，它处于触发状态
- 如果线程ID非0，那么有一个线程已经占用了该互斥量，它处于未触发状态。
- 操作系统对互斥量进行了特殊处理
等待函数不在返回WAIT_OBJECT0,而是返回特殊的值WAIT_ABANDONED
互斥量和关键段的比较
特征
互斥量
关键段
性能
慢
快
是否能跨进程使用
是
否
声明
HANDLE hmtx;
CRITICAL_SECTION cs;
初始化方式
hmtx=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);
InitializeCriticalSection(&cs);
清理
CloseHandle(hmtx);
DeleteCriticalSection(&cs);
无限等待
WaitForSingleObject (hmtx, INFINITE);
EnterCriticalSection(&cs);
0等待
WaitForSingleObject (hmtx, 0);
TryEnterCriticalSection(&cs);
任意长时间的等待
WaitForSingleObject (hmtx, timeLength)
不支持
释放
ReleaseMutex(hmtx);
LeaveCriticalSection(&cs);
是否能同时等待其他内核对象
是（WaitForMultipleObjects或其他）
否
相关函数
/*
- @params
- bInitialOwner : 控制互斥量的初始化状态，
- FALSE ：无占用
- TRUE：占用的线程为当前线程
*/
HANDLE CreateMutex(
PSECURITY_ATTRIBUTES psa;
BOOL bInitialOwner,
PCTSTR pszName
);
HANDLE OpenMutex(
DWORD dwDesiredAccess,
BOOL bInitialOwner,
PCTSTR pszName
);BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex);
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