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 
   　　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;
}

DWORD WINAPI ThreadProc( LPVOID lpParam )
{

    // lpParam not used in this example
    UNREFERENCED_PARAMETER(lpParam);

    DWORD dwWaitResult;
    BOOL bContinue=TRUE;

    while(bContinue)
    {
        // Try to enter the semaphore gate.

        dwWaitResult = WaitForSingleObject(
            ghSemaphore,   // handle to semaphore
            0L);           // zero-second time-out interval

        switch (dwWaitResult)
        {
            // The semaphore object was signaled.
            case WAIT_OBJECT_0:
                // TODO: Perform task
                printf("Thread %d: wait succeeded\n", GetCurrentThreadId());
                bContinue=FALSE;           

                // Simulate thread spending time on task
                Sleep(5);

                // Release the semaphore when task is finished

                if (!ReleaseSemaphore(
                        ghSemaphore,  // handle to semaphore
                        1,            // increase count by one
                        NULL) )       // not interested in previous count
                {
                    printf("ReleaseSemaphore error: %d\n", GetLastError());
                }
                break;

            // The semaphore was nonsignaled, so a time-out occurred.
            case WAIT_TIMEOUT:
                printf("Thread %d: wait timed out\n", GetCurrentThreadId());
                break;
        }
    }
    return TRUE;
}