本文主要總結(jié)創(chuàng)建、結(jié)束線程和WIN32 API提供的一些線程同步方法。同步方法包括用戶態(tài)同步方式：InterLock、CriticalSection、SRWLock和內(nèi)核態(tài)同步方式：Event、Semaphore、Mutex等。本文通過簡單的例子演示API的使用，沒有包含原理的說明，假定讀者具有其他語言或者平臺的并發(fā)編程經(jīng)驗。

創(chuàng)建、結(jié)束線程

WIN32 API雖然提供了CreateThead和ExitThread方法，但是在C++中，永遠(yuǎn)不應(yīng)該使用這兩個方法創(chuàng)建或結(jié)束線程。而應(yīng)該使用VC++提供的_beginthread、_beginthreadex方法，相應(yīng)的結(jié)束線程方法_endthread、_endthreadex。后者除了在內(nèi)部調(diào)用CreateThread或ExitThread方法外，還負(fù)責(zé)CRT的初始化或銷毀。雖然有直接結(jié)束線程的方法，但在C++最好通過線程方法正常返回來結(jié)束線程。直接結(jié)束線程時C++對象的析構(gòu)函數(shù)不會被調(diào)用。

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#include "stdafx.h" ?? usingnamespacestd; ?? classObj { public: ????Obj() { cout <<"Obj() called"<< endl; } ????~Obj() { cout <<"~Obj() called"<< endl; } }; ?? unsigned intWINAPI ThreadFunc(void* pvParam){ ????cout <<static_cast<char*>(pvParam) << endl; ????Obj obj; ????_endthreadex(2); ????return1; } ?? int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]) { ????unsignedintthreadId; ????char*param = "param"; ????HANDLEthread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, param, 0, &threadId); ?? ????Sleep(100); ????DWORDexitCode; ????GetExitCodeThread(thread, &exitCode); ????cout <<"ExitCode:"<< exitCode << endl; ????system("pause"); ????return0; }

這段代碼的輸出為：

param
Obj() called
ExitCode:2
請按任意鍵繼續(xù). . .

_beginthreadex的第一個參數(shù)為SECURITY_ATTRIBUTES結(jié)構(gòu)指針，可以指定NULL使用默認(rèn)的安全配置。第二參數(shù)為cbStackSize，線程棧大小；設(shè)置為0使用默認(rèn)值，可以通過鏈接參數(shù)/STACK:[reserve][,commit]控制。第三個參數(shù)為線程入口方法地址，方法簽名如ThreadFunc所示。第四個三處為傳遞給入口方法的參數(shù)（值傳遞），具體意義由程序自己解釋。最后一個參數(shù)是返回的線程ID。返回值為新創(chuàng)建線程的句柄。__endthreadex方法唯一的參數(shù)指定線程的ExitCode。可以通過GetExitCodeThread方法獲得線程退出碼。

InterLocked系列原子方法

InterLocked系列方法可視為原子的。完成其功能時，保證其他線程不會訪問同一個資源。例如最簡單的InterLockedIncrement方法原子自增一個共享變量。

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longg_sum(0); ?? unsigned intWINAPI ThreadFunc(void* pvParam){ ????for(inti = 0; i < 100000; ++i) ????{ ????????InterlockedIncrement(&g_sum); ????} ????return0; } ?? int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]) { ????unsignedintthreadId; ????HANDLEthread1 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ????HANDLEthread2 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ?? ????Sleep(1000); ????cout <<"Sum:" << g_sum << endl; ????system("pause"); ????return0; }

其他方法包括：

InterlockedIncrement64：自增一個64位整數(shù)。

InterlockedExchangeAdd、InterlockedExchangeAdd64：加和兩個數(shù)并賦值給第一個值。

InterlockedCompareExchange：比較并交換一個數(shù)。

還有很多InterLocked方法，具體參考MSDN文檔。

CriticalSection

通過EnterCriticalSection和LeaveCriticalSection方法，可以控制同步一段代碼的訪問。使用前需要使用InitializeCriticalSection初始化CRITICAL_SECTION。使用方法也很簡單。

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CRITICAL_SECTION g_cs; longg_sum(0); ?? unsigned intWINAPI ThreadFunc(void* pvParam){ ????for(inti = 0; i < 100000; ++i) ????{ ????????EnterCriticalSection(&g_cs); ????????g_sum += 2; ????????LeaveCriticalSection(&g_cs); ????} ????return0; } ?? int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]) { ????InitializeCriticalSection(&g_cs); ????unsignedintthreadId; ????HANDLEthread1 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ????HANDLEthread2 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ?? ????Sleep(1000); ????cout <<"Sum:" << g_sum << endl; ????DeleteCriticalSection(&g_cs); ????system("pause"); ????return0; }

這里有一個問題是，如果同步的代碼塊不是簡單g_sum += 2，而是可能拋出異常的復(fù)雜代碼。就需要確保LeaveCriticalSection一定被調(diào)用。不再使用后使用DeleteCriticalSection方法刪除之。

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classCSManager { public: ????CSManager(CRITICAL_SECTION *cs) : m_cs(cs) ????{ ????????EnterCriticalSection(m_cs); ????} ????~CSManager() ????{ ????????LeaveCriticalSection(m_cs); ????} private: ????CRITICAL_SECTION *m_cs; }; ?? //... ????for(inti = 0; i < 100000; ++i) ????{ ????????CSManager CSMgr(&g_cs); ????????g_sum += 2; ????} //...

CSManager在構(gòu)造函數(shù)中調(diào)用EnterCriticalSection，析構(gòu)函數(shù)中調(diào)用LeaveCriticalSection。保證在代碼塊結(jié)束時調(diào)用Leave方法。

另外除了使用阻塞的Enter方法，還有一個TryEnterCriticalSection，該方法嘗試進(jìn)去CriticalSetion，如果失敗，不會阻塞，而是立即返回FALSE。

SRWLOCK

SRWLOCK具有和CriticalSection類似的功能。另外還具有讀寫鎖分離的分離的功能。可以使用AcquireSRWLockShared獲取共享的讀鎖。使用AcquireSRWLockExclusive獲取獨占的寫鎖。使用對應(yīng)的ReleaseSRWLockShared/Exclusive方法施放鎖。同樣地，使用前需要使用InitializeSRWLock初始化。

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SRWLOCK g_lock; longg_sum(0); ?? unsigned intWINAPI ReadThreadFunc(void* pvParam){ ????for(inti = 0; i < 10; ++i) ????{ ????????AcquireSRWLockShared(&g_lock); ????????cout << g_sum << endl; ????????ReleaseSRWLockShared(&g_lock); ????????Sleep(1); ????} ????return0; } ?? unsigned intWINAPI WriteThreadFunc(void* pvParam){ ????for(inti = 0; i < 100000; ++i) ????{ ????????AcquireSRWLockExclusive(&g_lock); ????????g_sum += 2; ????????ReleaseSRWLockExclusive(&g_lock); ????} ????return0; } ?? int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]) { ????InitializeSRWLock(&g_lock); ?? ????unsignedintthreadId; ????HANDLEthread1 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ReadThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ????HANDLEthread2 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ReadThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ????HANDLEthread3 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, WriteThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ?? ????Sleep(1000); ????cout <<"Sum:" << g_sum << endl; ????system("pause"); ????return0; }

SRWLOCK不具備類似于TryEnterCriticalSection的非阻塞方法。大多數(shù)情況下，SRWLOCK比CRITICAL_SECTION有更好的性能。

Condition Variable

為實現(xiàn)近點的生產(chǎn)者消費者問題。我們可以使用兩個CONDITION_VARIABLE：g_full，g_empty來實現(xiàn)。在緩沖區(qū)滿的時候，生產(chǎn)者線程調(diào)用SleepConditionVariableSRW(&g_full, &g_lock, INFINITE, 0)施放獲得的鎖并等待g_full。緩沖區(qū)空的時候，消費者可以調(diào)用leepConditionVariableSRW(&g_empty, &g_lock, INFINITE, 0)施放獲得的鎖并等待g_empty。掉進(jìn)滿足后，可是使用WakeAllConditionVariable喚醒所有等待的線程或者使用WakeConditionVariable喚醒一個等待的線程。

和Condition Variable配置使用的可以使CrticalSection也可以使SRWLock。

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BOOLSleepConditionVariableCS( ???PCONDITION_VARIABLE pConditionVariable, ???PCRITICAL_SECTION pCriticalSection, ???DWORDdwMilliseconds); ?? BOOLSleepConditionVariableSRW( ???PCONDITION_VARIABLE pConditionVariable, ???PSRWLOCK pSRWLock, ???DWORDdwMilliseconds, ???ULONGFlags);

參數(shù)dwMilliseconds指定等待超時的時間，如果超時方法返回FASLE；INFINITE指定等待不超時。參數(shù)Flags指定被喚醒時嘗試獲得的鎖的類型。CONDITION_VARIABLE_LOCKMODE_ SHARED指定獲得共享鎖或者0指定獲得獨占鎖。

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constintMAX_SIZE = 10; ?? CONDITION_VARIABLE g_full; CONDITION_VARIABLE g_empty; SRWLOCK g_lock; ?? list<Product> products; ?? unsigned intWINAPI ProduceThreadFunc(void* pvParam) { ????inti(0); ????while(true) ????{ ????????Sleep(rand() % 100); ????????AcquireSRWLockExclusive(&g_lock); ?? ????????if(products.size() >= MAX_SIZE) ????????{ ????????????SleepConditionVariableSRW(&g_full, &g_lock, INFINITE, 0); ????????} ????????else ????????{ ????????????cout <<"Produce Product:"<< i << " by thread "<< GetThreadId(GetCurrentThread()) << endl; ????????????products.push_back(Product(i++)); ????????} ?? ????????WakeAllConditionVariable(&g_empty); ????????ReleaseSRWLockExclusive(&g_lock); ?????????? ????} ????return0; } ?? unsigned intWINAPI ConsumeThreadFunc(void* pvParam) { ????while(true) ????{ ????????Sleep(rand() % 100); ?? ????????AcquireSRWLockExclusive(&g_lock); ????????if(products.size() == 0) ????????{ ????????????SleepConditionVariableSRW(&g_empty, &g_lock, INFINITE, 0); ????????} ????????else ????????{ ????????????Product p = products.front(); ????????????products.pop_front(); ????????????cout <<"Consume Product:"<< p.m_no << " by thread "<< GetThreadId(GetCurrentThread()) << endl; ????????} ?? ????????WakeAllConditionVariable(&g_full); ????????ReleaseSRWLockExclusive(&g_lock); ?????????? ?? ????} ????return0; } ?? int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]) { ????srand((unsigned)time(NULL)); ????InitializeSRWLock(&g_lock); ????unsignedintthreadId; ????HANDLEthread1 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ProduceThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ????HANDLEthread2 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ConsumeThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ????HANDLEthread3 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ConsumeThreadFunc, NULL, 0, &threadId); ?? ????WaitForSingleObject(thread1, INFINITE); ????WaitForSingleObject(thread2, INFINITE); ????WaitForSingleObject(thread3, INFINITE); ????system("pause"); ????return0; }

內(nèi)核態(tài)線程同步方法

除了上面介紹的用戶態(tài)的線程同步方法。本文繼續(xù)通過幾個簡單例子演示內(nèi)核態(tài)的線程同步方法的使用。內(nèi)核態(tài)線程同步方法在性能上肯定比用戶態(tài)同步方法要差很多。但可以在多個進(jìn)程間共享。

創(chuàng)建所有的內(nèi)核態(tài)同步對象都范圍一個內(nèi)核對象句柄HANDLE。通過WaitForSingleObject或者WaitForMultipleObjects等待內(nèi)核同步對象轉(zhuǎn)換為已傳信狀態(tài)（signaled）。如果等待的是線程或者進(jìn)程對象，那么對應(yīng)線程或進(jìn)程結(jié)束后即轉(zhuǎn)換為已傳信狀態(tài)。同時還可以指定一個超時時間。WaitForSingleObject包括WAIT_OBJECT_0，WAIT_TIMEOUT和WAIT_FAILED。不再使用后調(diào)用CloseHandle釋放引用。

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DWORDdw = WaitForSingleObject(hProcess, 5000); switch(dw) { ???caseWAIT_OBJECT_0: ?????// The process terminated. ?????break; ???caseWAIT_TIMEOUT: ??????// The process did not terminate within 5000 milliseconds. ??????break; ???caseWAIT_FAILED: ??????// Bad call to function (invalid handle?) ??????break; }

WaitForMultipleObjects如果指定參數(shù)bWaitAll為TRUE，則等待所有對象都轉(zhuǎn)換為已傳信狀態(tài)后才返回，如果為指定bWaitAll為FALSE，則任意對象轉(zhuǎn)換為已傳信狀態(tài)即返回。可以通過以下方法來判斷是那個內(nèi)核同步對象。

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h[0] = hProcess1; h[1] = hProcess2; h[2] = hProcess3; DWORDdw = WaitForMultipleObjects(3, h, FALSE, 5000); switch(dw) { ???caseWAIT_FAILED: ??????// Bad call to function (invalid handle?) ??????break; ?? ???caseWAIT_TIMEOUT: ??????// None of the objects became signaled within 5000 milliseconds. ??????break; ?? ???caseWAIT_OBJECT_0 + 0: ??????// The process identified by h[0] (hProcess1) terminated. ??????break; ?? ???caseWAIT_OBJECT_0 + 1: ??????// The process identified by h[1] (hProcess2) terminated. ??????break; ?? ???caseWAIT_OBJECT_0 + 2: ??????// The process identified by h[2] (hProcess3) terminated. ??????break; }

Event

Event語義上可以理解為一個事件是否發(fā)生。SetEvent方法設(shè)置Event為Signaled狀態(tài)。Event有兩種類型。第一種是自動重置的事件，調(diào)用SetEvent方法后，喚醒一個等待的線程后即自動轉(zhuǎn)換為未傳信狀態(tài)。第二種是手動重置事件，調(diào)用SetEvent方法后，需要調(diào)用ResetEvent方法設(shè)置事件為未傳信狀態(tài)。PulseEvent相當(dāng)于調(diào)用SetEvent后立即調(diào)用ResetEvent。對于手動重置時間，PulseEvent會喚醒所有等待的線程。而對于自動重置的事件PulseEvent只會喚醒一個等待的線程。

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HANDLEg_taskEvent; ?? unsigned intWINAPI ComputationTask(void* pvParam) { ????WaitForSingleObject(g_taskEvent, INFINITE); ????for(inti = 0; i < 10; ++i) ????{ ????????cout <<"comput "<< i << endl; ????} ????return0; } ?? int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]) { ????g_taskEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL); ????unsignedintthreadId; ????HANDLEthread1 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ComputationTask, NULL, 0, &threadId); ?? ????system("pause"); ????SetEvent(g_taskEvent); ????ResetEvent(g_taskEvent); ?? ????WaitForSingleObject(thread1, INFINITE); ????system("pause"); ????return0; }

上面是一個簡單的例子，ComputationTask線程等待用戶輸入后才開始計算任務(wù)。

Semaphore

Semaphore維護(hù)一個資源計數(shù)count和一個最大計數(shù)maxCount。

當(dāng)count大于0時，semaphore處于已傳信狀態(tài)。

當(dāng)count等于0是，semaphore處于未傳信狀態(tài)。

通過ReleaseSemaphore增加count計數(shù)，WaitForSingleObject減少cout計數(shù)。count不會小于0，也不能大于maxCount。

例如，可以使用semaphore控制能夠同時處理的最大任務(wù)線程數(shù)。當(dāng)有超過最大數(shù)的更多任務(wù)線程開啟時只能等待其他任務(wù)完成并調(diào)用ReleaseSemaphore方法施放資源引用計數(shù)。

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HANDLEg_semaphore; ?? unsigned intWINAPI RequstProcesor(void* pvParam) { ????WaitForSingleObject(g_semaphore, INFINITE); ????cout <<"Start process request "<< GetThreadId(GetCurrentThread()) << endl; ????Sleep(1000); ????ReleaseSemaphore(g_semaphore, 1, NULL); ????return0; } ?? int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]) { ?? ????g_semaphore = CreateSemaphore(NULL, 2, 2, NULL); ?????? ????HANDLEthreads[10]; ????for(inti = 0; i < 10; i++) ????{ ????????threads[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, RequstProcesor, NULL, 0, NULL); ????} ?? ????WaitForMultipleObjects(10, threads, TRUE, INFINITE); ????system("pause"); ????return0; }

上面的代碼，啟動了10個線程，但只能有2個現(xiàn)場可以同時執(zhí)行，更多的線程只能等待。

Mutex

mutex的功能和CriticalSection功能很相似。都是控制一段臨界代碼的互斥訪問。通過WaitForSingleObject等待mutex。ReleaseMutex釋放mutex。

mutex維護(hù)一個threadId和一個使用計數(shù)count。如果CreateMutex的參數(shù)bInitialOwner為TRUE，這threadId為調(diào)用線程，cout為1。否則都初始為0。

如果threadId為0，mutex沒有被任何線程使用，處于已傳信狀態(tài)。如果threadId不為0，mutex處于未傳信狀態(tài)。mutex和其他內(nèi)核同步對象一個不同的特殊地方在于。即時mutex處于未傳信狀態(tài)。如果調(diào)用WaitForSingleObject的線程是mutex的threadId對應(yīng)的線程，WaitForSingleObject不會阻塞相當(dāng)于處于已傳信狀態(tài)。下面的例子演示了mutex的使用。

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HANDLEg_mutex; ?? voidProcessA() { ????WaitForSingleObject(g_mutex, INFINITE); ????cout <<"ProcessA"<< " by thread "<< GetThreadId(GetCurrentThread()) << endl; ????ReleaseMutex(g_mutex); } ?? voidProcessB() { ????WaitForSingleObject(g_mutex, INFINITE); ????ProcessA(); ????cout <<"ProcessB"<< " by thread "<< GetThreadId(GetCurrentThread()) << endl; ????ReleaseMutex(g_mutex); } ?? unsigned intWINAPI ThreadFunc(void* pvParam) { ????ProcessB(); ????return0; } ?? int_tmain(intargc, _TCHAR* argv[]) { ????g_mutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL); ?????? ????HANDLEthreads[10]; ????for(inti = 0; i < 10; i++) ????{ ????????threads[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, NULL); ????} ?? ????WaitForMultipleObjects(10, threads, TRUE, INFINITE); ????system("pause"); ????return0; }

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Windows线程同步API的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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