C++中多线程的四种控制⽅法
四种进程或线程同步互斥的控制⽅法
1、临界区：通过对多线程的串⾏化来访问公共资源或⼀段代码，速度快，适合控制数据访问。
2、互斥量：为协调共同对⼀个共享资源的单独访问⽽设计的。
3、信号量：为控制⼀个具有有限数量⽤户资源⽽设计。
4、事件:⽤来通知线程有⼀些事件已发⽣，从⽽启动后继任务的开始。
临界区（Critical Section）
保证在某⼀时刻只有⼀个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许⼀个线程对共享资源进⾏访问。如果有多个线程试图同时访问临界区，那么在有⼀个线程进⼊后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并⼀直持续到进⼊临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到⽤原⼦⽅式操作共享资源的⽬的。
临界区包含两个操作原语：
EnterCriticalSection（）进⼊临界区
LeaveCriticalSection（）离开临界区
EnterCriticalSection（）语句执⾏后代码将进⼊临界区以后⽆论发⽣什么，必须确保与之匹配的 LeaveCriticalSection（）都能够被执⾏到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快，但却只能⽤来同步本进程内的线程，⽽不可⽤来同步多个进程中的线程。
MFC提供了很多功能完备的类，我⽤MFC实现了临界区。MFC为临界区提供有⼀个 CCriticalSection类，使⽤该类进⾏线程同步处理是⾮常简单的。只需在线程函数中⽤CCriticalSection类成员函数 Lock（）和UnLock（）标定出被保护代码⽚段即可。Lock（）后代码⽤到的资源⾃动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访问这些资源。
互斥量（Mutex）
互斥量跟临界区很相似，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限，由于互斥对象只有⼀个，因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。互斥量⽐临界区复杂。因为使⽤互斥不仅仅能够在同⼀应⽤程序不同线程中实现资源的安全共享，⽽且可以在不同应⽤程序的线程之间实现对资源的安全共享。
互斥量包含的⼏个操作原语：
CreateMutex（）创建⼀个互斥量
OpenMutex（）打开⼀个互斥量
ReleaseMutex（）释放互斥量
WaitForMultipleObjects（）等待互斥量对象
同样MFC为互斥量提供有⼀个CMutex类。使⽤CMutex类实现互斥量操作⾮常简单，但是要特别注意对CMutex的构造函数的调⽤
CMutex( BOOL bInitiallyOwn = FALSE, LPCTSTR lpszName = NULL, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaAttribute = NULL)
不⽤的参数不能乱填，乱填会出现⼀些意想不到的运⾏结果。
信号量（Semaphores）
信号量对象对线程的同步⽅式与前⾯⼏种⽅法不同，信号允许多个线程同时使⽤共享资源，这与操作
系统中的PV操作相同。它指出了同时访问共享资源的线程最⼤数⽬。它允许多个线程在同⼀时刻访问同⼀资源，但是需要限制在同⼀时刻访问此资源的最⼤线程数⽬。在⽤CreateSemaphore（）创建信号量时即要同时指出允许的最⼤资源计数和当前可⽤资源计数。⼀般是将当前可⽤资源计数设置为最⼤资源计数，每增加⼀个线程对共享资源的访问，当前可⽤资源计数就会减1，只要当前可⽤资源计数是⼤于0的，就可以发出信号量信号。但是当前可⽤计数减⼩到0时则说明当前占⽤资源的线程数已经达到了所允许的最⼤数⽬，不能在允许其他线程的进⼊，此时的信号量信号将⽆法发出。线程在处理完共享资源后，应在离开的同时通过ReleaseSemaphore（）函数将当前可⽤资源计数加1。在任何时候当前可⽤资源计数决不可能⼤于最⼤资源计数。
PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。信号量S是⼀个整数，S⼤于等于零时代表可供并发进程使⽤的资源实体数，但S⼩于零时则S的绝对值表⽰正在等待使⽤共享资源的进程数。
P操作申请资源：
（1）S减1；
（2）若S减1后仍⼤于等于零，则进程继续执⾏；
（3）若S减1后⼩于零，则该进程被阻塞后进⼊与该信号相对应的队列中，然后转⼊进程调度。
V操作释放资源：
（1）S加1；
（2）若相加结果⼤于零，则进程继续执⾏；
（3）若相加结果⼩于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒⼀个等待进程，然后再返回原进程继续执⾏或转⼊进程调度。
信号量包含的⼏个操作原语：
CreateSemaphore（）创建⼀个信号量
OpenSemaphore（）打开⼀个信号量
ReleaseSemaphore（）释放信号量
WaitForSingleObject（）等待信号量
事件（Event）
事件对象也可以通过通知操作的⽅式来保持线程的同步。并且可以实现不同进程中的线程同步操作。
信号量包含的⼏个操作原语：
CreateEvent（）创建⼀个信号量
OpenEvent（）打开⼀个事件
一个线程可以包含多个进程 SetEvent（）回置事件
WaitForSingleObject（）等待⼀个事件
WaitForMultipleObjects（） 等待多个事件
WaitForMultipleObjects 函数原型：
WaitForMultipleObjects（
IN DWORD nCount, // 等待句柄数
IN CONST HANDLE *lpHandles, //指向句柄数组
IN BOOL bWaitAll, //是否完全等待标志
IN DWORD dwMilliseconds //等待时间
）
参数nCount指定了要等待的内核对象的数⽬，存放这些内核对象的数组由lpHandles来指向。fWaitAll对指定的这nCount个内核对象的两种等待⽅式进⾏了指定，为TRUE时当所有对象都被通知时函数才会返回，为FALSE则只要其中任何⼀个得到通知就可以返回。dwMilliseconds在这⾥的作⽤与在WaitForSingleObject（）中的作⽤是完全⼀致的。如果等待超时，函数将返回 WAIT_TIMEOUT。
总结：
1．互斥量与临界区的作⽤⾮常相似，但互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使⽤。所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是⽤的话使⽤临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占⽤量。因为互斥量是跨进程的互斥量⼀旦被创建，就可以通过名字打开它。
2．互斥量（Mutex），信号灯（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越进程使⽤来进⾏同步数据操作，⽽其他的对象与数据同步操作⽆关，但对于进程和线程来讲，如果进程和线程在运⾏状态则为⽆信号状态，在退出后为有信号状态。所以可以使⽤WaitForSingleObject来等待进程和线程退出。
3．通过互斥量可以指定资源被独占的⽅式使⽤，但如果有下⾯⼀种情况通过互斥量就⽆法处理，⽐
如现在⼀位⽤户购买了⼀份三个并发访问许可的数据库系统，可以根据⽤户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进⾏数据库操作，这时候如果利⽤互斥量就没有办法完成这个要求，信号灯对象可以说是⼀种资源计数器。
// test_mulThread.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
/*#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter);//thread data
DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter);//thread data
int index=0;
volatile int tickets=10;
HANDLE hMutex;
void main()
{
HANDLE hThread1;
HANDLE hThread2;
//创建线程
//创建互斥对象
hMutex=CreateMutex(NULL,TRUE,"tickets");
//hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,"tickets");
if (hMutex)
{
if (ERROR_ALREADY_EXISTS==GetLastError())
{
cout<<"only one instance can run!"<<endl;
return;
}
}
hThread1=CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);
hThread2=CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
ReleaseMutex(hMutex);
CloseHandle(hThread1);
CloseHandle(hThread2);
ReleaseMutex(hMutex);
Sleep(2000);
CloseHandle(hMutex);
}
//线程1的⼊⼝函数
DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter)//thread data
{
while (true)
{
/
/ReleaseMutex(hMutex);
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
if (tickets>0)
{
Sleep(0);
cout<<"thread1 sell ticket :"<<tickets--<<endl;
}
else
break;
ReleaseMutex(hMutex);
}
ReleaseMutex(hMutex);
return 0;
}
//线程2的⼊⼝函数
DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter)//thread data
{
while (true)
{
//ReleaseMutex(hMutex);
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
if (tickets>0)
{
Sleep(0);
cout<<"thread2 sell ticket :"<<tickets--<<endl;
}
else
break;
ReleaseMutex(hMutex);
}
ReleaseMutex(hMutex);
return 0;
}
*/
//上⾯的例⼦是基于互斥对象的，这个是基于事件对象的
/*#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter);//thread data DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter);//thread data int tickets=100;
HANDLE g_hEvent;
void main()
{
HANDLE hThread1;
HANDLE hThread2;
//创建⼈⼯重置事件内核对象
g_hEvent=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,"tickets");
if (g_hEvent)
{
if (ERROR_ALREADY_EXISTS==GetLastError())
{
cout<<"only one instance can run!"<<endl;
return;
}
}
SetEvent(g_hEvent);
/
/创建线程
hThread1=CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);
hThread2=CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);
CloseHandle(hThread1);
CloseHandle(hThread2);
//让主线程睡眠4秒
Sleep(4000);
//关闭事件对象句柄
CloseHandle(g_hEvent);
//线程1的⼊⼝函数
DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter)//thread data {
while (true)
{
WaitForSingleObject(g_hEvent,INFINITE);
//ResetEvent(g_hEvent);
if (tickets>0)
{
Sleep(1);
cout<<"thread1 sell ticket :"<<tickets--<<endl;
SetEvent(g_hEvent);
}
else
{
SetEvent(g_hEvent);
break;
}
}
return 0;
}
//线程2的⼊⼝函数
DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter)//thread data {
while (true)
{
/
/请求事件对象
WaitForSingleObject(g_hEvent,INFINITE);
//ResetEvent(g_hEvent);
if (tickets>0)
{
Sleep(1);
cout<<"thread2 sell ticket :"<<tickets--<<endl;
SetEvent(g_hEvent);
}
else
{
SetEvent(g_hEvent);
break;
}
}
return 0;
}
*/
//临界区
/*#include <Windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
CRITICAL_SECTION g_sec;
int ticket=10;
const int ThreadNum = 2;
DWORD WINAPI FunPro1(void *)
{
while(1)
{
if(ticket>0)
{
EnterCriticalSection(&g_sec);
cout<<"Pro1:"<<ticket--<<endl;
LeaveCriticalSection(&g_sec);
}
else break;
}
return 0;
}
DWORD WINAPI FunPro2(void *)
{
while(1)
{
if(ticket>0)
{
EnterCriticalSection(&g_sec);
cout<<"Pro2:"<<ticket--<<endl;
LeaveCriticalSection(&g_sec);
else break;
}
return 0;
}
void main ()
{
InitializeCriticalSection(&g_sec);
HANDLE hThread[ThreadNum];
hThread[0] = CreateThread(NULL, 0, FunPro1, NULL, 0, NULL);
hThread[1] = CreateThread(NULL, 0, FunPro2, NULL, 0, NULL);
Sleep(2000);
DeleteCriticalSection(&g_sec);
CloseHandle(hThread[0]);
CloseHandle(hThread[1]);
}
*/
//semaphore
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#define MAX_SEM_COUNT 10
#define THREADCOUNT 12
HANDLE ghSemaphore;
DWORD WINAPI ThreadProc( LPVOID );
int main( void )
{
HANDLE aThread[THREADCOUNT];
DWORD ThreadID;
int i;
// Create a semaphore with initial and max counts of MAX_SEM_COUNT ghSemaphore = CreateSemaphore(
NULL, // default security attributes
MAX_SEM_COUNT, // initial count
MAX_SEM_COUNT, // maximum count
NULL); // unnamed semaphore
if (ghSemaphore == NULL)
{
printf("CreateSemaphore error: %d\n", GetLastError());
return 1;
}
// Create worker threads
for( i=0; i < THREADCOUNT; i++ )
{
aThread[i] = CreateThread(
NULL, // default security attributes
0, // default stack size
(LPTHREAD_START_ROUTINE) ThreadProc,
NULL, // no thread function arguments
0, // default creation flags
&ThreadID); // receive thread identifier
if( aThread[i] == NULL )
{
printf("CreateThread error: %d\n", GetLastError());
return 1;
}
}
// Wait for all threads to terminate
WaitForMultipleObjects(THREADCOUNT, aThread, TRUE, INFINITE);
// Close thread and semaphore handles
Sleep(1000);
for( i=0; i < THREADCOUNT; i++ )
CloseHandle(aThread[i]);
CloseHandle(ghSemaphore);
return 0;
}
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