多线程(三)多线程同步_基本介绍及mutex互斥体

同步进制的引入为了解决以下三个主要问题：
1.控制多个线程之间对共享资源访问，保证共享资源的完整性
例如：线程A对共享资源进行写入，线程B读取共享资源
2.确保多个线程之间的动作以指定的次序发生
例如：线程B以线程A结束为条件进行触发运行
3.控制共享资源的最大访问数量
例如：有10个线程需要访问共享资源，同时只允许5个线程访问，那剩余线程就需要放入队列中进行等待

同步对象分类：
用户模式下的同步对象：例如关键段等
优点：速度快
缺点：不能跨进程，容易引起死锁
内核模式下的同步对象：例如互斥量，信号量，事件等
优点：跨进程，安全性高
缺点：速度慢(需要从当前用户模式下切换到内核模式，需要消耗时间)

等待函数(同步函数)
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);
1.hHandle 对象句柄,如Event(事件)、Mutex(互斥锁)、Semaphore(信号)、Thread(线程)、process(进程)等等内核对象句柄
2.dwMilliseconds 等待时间间隔，毫秒
如果dwMilliseconds为非零值，函数会处于等待状态直到hHandle标志的对象成为触发状态，或者时间超时，函数才会返回
如果dwMilliseconds为0值，不论hHandle标志的对象是否是触发状态,都会立即返回
如果dwMilliseconds为INFINITE，函数会无限等待直到hHandle标志的对象成为触发状态后才会返回
返回值：
WAIT_OBJECT_0 对象是触发状态
WAIT_TIMEOUT 等待超时，等待时间内对象一直处于未触发状态
WAIT_ABANDONED 拥有mutex的线程在结束时没有释放对象
WAIT_FAILED  传递了一个无效句柄，出现错误，可通过GetLastError得到错误代码

注意：
1.调用等待函数时，会挂起当前代码所处的线程，直到函数返回时线程才会恢复执行.避免在窗口线程中调用此函数，因为一旦调用，窗口线程被挂起，函数没有返回前整个窗口都是处于假死状态。
2.当第一个参数是一个mutex对象时，有以下三种情况：
一.如果mutex对象存在拥有者并且不是当前线程，就会根据第二个参数进行等待.根据返回值如果为WAIT_OBJECT_0代表当前线程获得对象拥有权。如果为WAIT_TIMEOUT代表超时未获得对象拥有权。如果为WAIT_ABANDONED代表拥有mutex的线程在结束时没有释放对象，此时无法获知通过mutex所保护的共享资源是否被破坏.
二.如果mutex对象不存在拥有者，当前线程将会自动成为新的拥有者,返回WAIT_OBJECT_0
三.如果mutex对象拥有者是当前线程，也是直接返回WAIT_OBJECT_0
每次调用WaitForSingleObject,如果返回值为WAIT_OBJECT_0，mutex对象内部的递归计数器会+1,后面一定要使用ReleaseMutex进行释放使递归计数器-1.

演示：检测某个进程是否结束

    //不进行等待，只获取进程是否有信号
    //注意：进程启动后是无信号状态，只有当点击关闭按钮进程退出时才会变为有信号状态
    DWORD dwCode = WaitForSingleObject(hProcess,0);
    switch (dwCode)
    {
    case WAIT_OBJECT_0: //有信号状态，表示进程己退出
        printf("Process is Exit!
");
        break;
    case WAIT_TIMEOUT: //无信号状态，表示进程还在运行中
        printf("Process is Running
");
        break;
    case WAIT_FAILED: //错误
        {
            DWORD dwError = GetLastError();
            printf("Fail:%d
",dwError);
        }
    default:
        break;
    }
    CloseHandle(hProcess);

    getchar();
    return 0;

mutex互斥对象：
它是系统内核中的一种数据结构，用于确保一个线程独占一个资源的访问.
包含三个部分：
使用计数器    统计有多少个线程在调用用该对象
线程ID   当前占用这个互斥对象的线程ID.线程ID为0，代表没有被任何线程占用，处于触发状态.反之线程ID不为0，代表被一个线程占用，处于未触发状态
递归计数器   统计当前占用这个互斥对象的线程占用了该互斥对象的次数

创建互斥体对象
HANDLE CreateMutex(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,BOOL bInitialOwner,LPCTSTR lpName)
1.lpMutexAttributes 指向安全属性指针，通常为NULL
2.bInitialOwner 初始化互斥对象所有者，通常为FASLE,也就是没有所有者
3.lpName 指定互斥体对象的名字
返回值：
成功返回新互斥体对象句柄，失败返回0
注意：如果己经有同名的互斥体对象存在，函数将返回己有的互体斥对象句柄，不会再创建新的互斥体对象

释放互斥体对象
BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex)
1.hMutex 互斥体对象句柄
返回值：
成功返回真，失败返回假

当线程中调用ReleaseMutex时，该函数会判断当前线程ID与互斥体对象的线程ID是否相同？如果相同，互斥体对象的递归计数器会-1，如果不相同不进行任何操作，直接返回FASLE，此时调用GetLastErro，将返回ERROR_NOT_OWNER（试图释放不是调用者拥有的互斥对象）
每调用一次该函数会使对象的占用计数器-1.如果线程调用等待函数返回WAIT_OBJECT_0不止一次，那ReleaseMutex就得调用相同次数，才能使占用计数器变为0.当占用计数器变为0时，系统内部会把该互斥体对象的线程ID设为0，也就是失去拥有者，此时该互斥对象成为可触发状态.
注意：如果一个线程是互斥体对象的拥有者，但是没有释放互斥对象就结束了线程，此后系统在检则互斥体对象的线程ID时发现此线程己结束，系统将自动把互斥对象的ID复置为0，并将它的递归计数器复置为0.然后从等待线程中寻找一个线程做为它的新的拥有者，并将递归计数器设置为1,同时这个等待线程变为可调度状态

使用互斥体对象配合等待函数实现同步的流程：

假设有一个全局的共享资源，同时有多个线程进行读写。为了保证共享资源的完整性，同一时刻只允许一个线程读写操作

1.创建一个互斥体对象，第二个参数为0，代表该互斥体对象没有所有者，保存返回的对象句柄供多个线程访问
2.多个线程内部在访问共享资源前，先调用WaitForSingleObject传入保存的互斥体对象句柄，然后再访问共享资源，最后再ReleaseMutex.

这样当有一个线程A执行WaitForSingleObject时，会获得互斥体对象所有权，此时互斥体对象的线程ID将被修改为线程A的ID，然后递归计数器为1，使用计数器为1，然后线程A独占访问共享资源。在没有调用ReleaseMutex前，后面调用WaitForSingleObject的线程由于对象是未触发状态,最终都将进入等待状态.直到线程A调用ReleaseMutex使递归计数器-1后变为0，此时系统会把线程ID设为0，交出所有权，该对象又成为触发状态，下一个线程才能获得所有权，独占访问共享资源。

编写一个Demo用于演示mutex互斥体基本操作

功能介绍：

模拟售票系统，有三个售票窗口(三个线程)，每隔1秒售出1张票，售票前提示剩余总票数，以及提示售出1张票。当剩余总票售为0时，提示售票窗口关闭(线程结束)

开始编写代码：

1. 创建个基于对话框的工程MutexDemo

2. 添加一个编辑框用于显示售票信息，修改ID为IDC_EDIT_SHOWINFO, 修改属性为不可读.

3.添加一个按钮用于启动线程，修改ID为IDC_BTN_SELLTICKET

4. 先定义相关全局变量和线程函数前置声明

int g_nTickNum = 10; //总票数
CEdit* g_editShowInfo; //编辑框控件指针
HANDLE g_hMutex; //互斥体对象句柄

//线程函数前置声明
DWORD WINAPI ThreadSellTicket_One(LPVOID lpParam);
DWORD WINAPI ThreadSellTicket_Two(LPVOID lpParam);
DWORD WINAPI ThreadSellTicket_Three(LPVOID lpParam);

5.OnInitDialog中添加相应代码

BOOL CMutexDemoDlg::OnInitDialog()
{
    CDialogEx::OnInitDialog();

    // 设置此对话框的图标。当应用程序主窗口不是对话框时，框架将自动
    //  执行此操作
    SetIcon(m_hIcon, TRUE);            // 设置大图标
    SetIcon(m_hIcon, FALSE);        // 设置小图标

    //创建mutex互斥体对象
    g_hMutex = CreateMutex(NULL,FALSE,0);
    //获取EDIT控件指针，供线程内部访问
    g_editShowInfo = (CEdit*)GetDlgItem(IDC_EDIT_SHOWINFO);


    return TRUE;  // 除非将焦点设置到控件，否则返回 TRUE
}

6.按钮_启动线程事件

//按钮_开始售票
void CMutexDemoDlg::OnBnClickedBtnSellticket()
{
    //创建三个售票窗口线程,创建后直接关闭句柄
    CloseHandle(CreateThread(NULL,0,ThreadSellTicket_One,NULL,0,NULL));
    CloseHandle(CreateThread(NULL,0,ThreadSellTicket_Two,NULL,0,NULL));
    CloseHandle(CreateThread(NULL,0,ThreadSellTicket_Three,NULL,0,NULL));
}

7.三个售票窗口线程代码

DWORD WINAPI ThreadSellTicket_One(LPVOID lpParam)
{
    CString strEdit;
    CString strNew;
    while (true)
    {
        Sleep(1000);
        WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);
        g_editShowInfo->GetWindowText(strEdit);
        if(g_nTickNum > 0)
        {
            strNew.Format(_T("线程1:剩余票数：%d,售出1张票
"),g_nTickNum--);        
            strEdit += strNew;
            if(g_nTickNum == 0)
            {
                strEdit += _T("线程1:票己售空，关闭售票窗口
");
                g_editShowInfo->SetWindowText(strEdit);
                ReleaseMutex(g_hMutex);
                break;
            }
            else
            {
                g_editShowInfo->SetWindowText(strEdit);
                ReleaseMutex(g_hMutex);
            }
        }
        else
        {
            strEdit += _T("线程1:票己售空，关闭售票窗口
");
            g_editShowInfo->SetWindowTextW(strEdit);
            ReleaseMutex(g_hMutex);
            break;
        }
    }
    return true;
}

DWORD WINAPI ThreadSellTicket_Two(LPVOID lpParam)
{
    CString strEdit;
    CString strNew;
    while (true)
    {
        Sleep(1000);
        WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);
        g_editShowInfo->GetWindowText(strEdit);
        if(g_nTickNum > 0)
        {
            strNew.Format(_T("线程2:剩余票数：%d,售出1张票
"),g_nTickNum--);        
            strEdit += strNew;
            if(g_nTickNum == 0)
            {
                strEdit += _T("线程2:票己售空，关闭售票窗口
");
                g_editShowInfo->SetWindowText(strEdit);
                ReleaseMutex(g_hMutex);
                break;
            }
            else
            {
                g_editShowInfo->SetWindowText(strEdit);
                ReleaseMutex(g_hMutex);
            }
        }
        else
        {
            strEdit += _T("线程2:票己售空，关闭售票窗口
");
            g_editShowInfo->SetWindowTextW(strEdit);
            ReleaseMutex(g_hMutex);
            break;
        }
    }
    return true;
}

DWORD WINAPI ThreadSellTicket_Three(LPVOID lpParam)
{
    CString strEdit;
    CString strNew;
    while (true)
    {
        Sleep(1000);
        WaitForSingleObject(g_hMutex,INFINITE);
        g_editShowInfo->GetWindowText(strEdit);
        if(g_nTickNum > 0)
        {
            strNew.Format(_T("线程3:剩余票数：%d,售出1张票
"),g_nTickNum--);        
            strEdit += strNew;
            if(g_nTickNum == 0)
            {
                strEdit += _T("线程3:票己售空，关闭售票窗口
");
                g_editShowInfo->SetWindowText(strEdit);
                ReleaseMutex(g_hMutex);
                break;
            }
            else
            {
                g_editShowInfo->SetWindowText(strEdit);
                ReleaseMutex(g_hMutex);
            }
        }
        else
        {
            strEdit += _T("线程3:票己售空，关闭售票窗口
");
            g_editShowInfo->SetWindowTextW(strEdit);
            ReleaseMutex(g_hMutex);
            break;
        }
    }
    return true;
}

 8.DestroyWindow添加相应代码

BOOL CMutexDemoDlg::DestroyWindow()
{
    //关闭互斥体对象句柄
    CloseHandle(g_hMutex);

    return CDialogEx::DestroyWindow();
}

最终演示效果如下：