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  • [一个经典的多线程同步问题]解决方案二:Event事件

    使用关键段来解决经典的多线程同步互斥问题,由于关键段的“线程所有权”特性所以关键段只能用于线程的互斥而不能用于同步。
    本篇介绍用事件Event来尝试解决这个线程同步问题。

    首先介绍下如何使用事件。事件Event实际上是个内核对象,它的使用非常方便。下面列出一些常用的函数。

    第一个 CreateEvent
    函数功能:创建事件
    
    函数原型:
    HANDLECreateEvent(
     LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,
     BOOL bManualReset,
     BOOL bInitialState,
     LPCTSTR lpName
    );
    
    函数说明:
    第一个参数表示安全控制,一般直接传入NULL。
    第二个参数确定事件是手动置位还是自动置位,传入TRUE表示手动置位,传入FALSE表示自动置位。
    如果为自动置位,则对该事件调用WaitForSingleObject()后会自动调用ResetEvent()使事件变成未触发状态。
    打个小小比方,手动置位事件相当于教室门,教室门一旦打开(被触发),所以有人都可以进入直到老师去关上教室门(事件变成未触发)。
    自动置位事件就相当于医院里拍X光的房间门,门打开后只能进入一个人,这个人进去后会将门关上,其它人不能进入除非门重新被打开(事件重新被触发)。
    第三个参数表示事件的初始状态,传入TRUR表示已触发。
    第四个参数表示事件的名称,传入NULL表示匿名事件。
    第二个 OpenEvent
    函数功能:根据名称获得一个事件句柄。
    函数原型:
    HANDLEOpenEvent(
     DWORDdwDesiredAccess,
     BOOLbInheritHandle,
     LPCTSTRlpName     //名称
    );
    函数说明:
    第一个参数表示访问权限,对事件一般传入EVENT_ALL_ACCESS。详细解释可以查看MSDN文档。
    第二个参数表示事件句柄继承性,一般传入TRUE即可。
    第三个参数表示名称,不同进程中的各线程可以通过名称来确保它们访问同一个事件。
    第三个SetEvent
    函数功能:触发事件
    函数原型:BOOLSetEvent(HANDLEhEvent);
    函数说明:每次触发后,必有一个或多个处于等待状态下的线程变成可调度状态。
    第四个ResetEvent
    函数功能:将事件设为末触发
    函数原型:BOOLResetEvent(HANDLEhEvent);
    
    最后一个事件的清理与销毁
    由于事件是内核对象,因此使用CloseHandle()就可以完成清理与销毁了。
    

    在经典多线程问题中设置一个事件和一个关键段。用事件处理主线程与子线程的同步,用关键段来处理各子线程间的互斥。详见代码:

    #include <stdio.h>
    #include <process.h>
    #include <windows.h>
    
    long g_num;
    const int THREAD_NUM = 10;
    unsigned int __stdcall Fun(void *param);
    
    HANDLE g_hThreadEvent;
    CRITICAL_SECTION g_csThreadCode;
    
    int main(void)
    {
    	//初始化事件 自动置位,初始化无触发的匿名事件
    	g_hThreadEvent = CreateEvent(NULL, false, false, NULL);
    	//初始化关键段
    	InitializeCriticalSection(&g_csThreadCode);
    
    	HANDLE handle[THREAD_NUM];
    	g_num = 0;
    	int i = 0;
    
    	while(i < THREAD_NUM)
    	{
    		handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL);
    		WaitForSingleObject(g_hThreadEvent, INFINITE);//等待事件触发
    		i++;
    	}
    
    	WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, true, INFINITE);
    	//销毁事件和关键段
    	CloseHandle(g_hThreadEvent);
    	DeleteCriticalSection(&g_csThreadCode);
    
    	return 0;
    }
    
    unsigned int __stdcall Fun(void *param)
    {
    	int nThreadNum = *(int *)param;
    	SetEvent(g_hThreadEvent);//触发事件
    
    	Sleep(50);
    
    	EnterCriticalSection(&g_csThreadCode);
    	g_num++;
    	Sleep(0);
    	printf("线程编号为%d 全局资源为%d
    ", nThreadNum, g_num);
    	LeaveCriticalSection(&g_csThreadCode);
    
    	return 0;
    }
    

    执行结果:

    执行的结果说明了各个子线程都正确的取得了它们的id号码。但是之所以输出的编号不是连续的,因为它们的执行速度不一样。这说明了它们正确的和main线程同步,同时各个子线程之间很好的互斥访问了全局的变量。


    现在我们知道了如何使用事件,但学习就应该要深入的学习,何况微软给事件还提供了PulseEvent()函数,所以接下来再继续深挖下事件Event,看看它还有什么秘密没。

    先来看看这个函数的原形:

    第五个PulseEvent
    函数功能:将事件触发后立即将事件设置为未触发,相当于触发一个事件脉冲。
    函数原型:BOOLPulseEvent(HANDLEhEvent);
    函数说明:这是一个不常用的事件函数,此函数相当于SetEvent()后立即调用ResetEvent();此时情况可以分为两种:
    1.对于手动置位事件,所有正处于等待状态下线程都变成可调度状态。
    2.对于自动置位事件,所有正处于等待状态下线程只有一个变成可调度状态。
    此后事件是末触发的。该函数不稳定,因为无法预知在调用PulseEvent ()时哪些线程正处于等待状态。
    

    下面对这个触发一个事件脉冲PulseEvent ()写一个例子,主线程启动7个子线程,其中有5个线程Sleep(10)后对一事件调用等待函数(称为快线程),另有2个线程Sleep(100)后也对该事件调用等待函数(称为慢线程)。主线程启动所有子线程后再Sleep(50)保证有5个快线程都正处于等待状态中。此时若主线程触发一个事件脉冲,那么对于手动置位事件,这5个线程都将顺利执行下去。对于自动置位事件,这5个线程中会有中一个顺利执行下去。而不论手动置位事件还是自动置位事件,那2个慢线程由于Sleep(100)所以会错过事件脉冲,因此慢线程都会进入等待状态而无法顺利执行下去。

    //使用PluseEvent()函数
    #include <stdio.h>
    #include <conio.h>
    #include <process.h>
    #include <windows.h>
    
    HANDLE g_hThreadEvent;
    //快线程
    unsigned int __stdcall FastThreadFun(void *param)
    {
    	Sleep(10);
    	printf("%s 启动
    ", (PSTR)param);
    	WaitForSingleObject(g_hThreadEvent, INFINITE);
    	printf("%s 等到事件被触发 顺利结束
    ", (PSTR)param);
    
    	return 0;
    }
    //慢线程
    unsigned int __stdcall SlowThreadFun(void *param)
    {
    	Sleep(100);
    	printf("%s 启动
    ", (PSTR)param);
    	WaitForSingleObject(g_hThreadEvent, INFINITE);
    	printf("%s 等到事件被触发 顺利结束
    ", (PSTR)param);
    
    	return 0;
    }
    
    int main(void)
    {
    	//每一个线程的名字
    	char szFastThreadName[5][20] = {"快线程001","快线程002","快线程003","快线程004","快线程005"};
    	char szSlowThreadName[2][20] = {"慢线程001","慢线程002"};
    	bool bManualReset = false;
    	/*bool bManualReset = true;*/
    
    
    	//创建事件 第二个参数手动置位true,自动置位false
    	g_hThreadEvent = CreateEvent(NULL, bManualReset, false, NULL);
    	
    	if (bManualReset == true)
    	{
    		printf("当前使用手动置位事件
    ");
    	}
    	else
    	{
    		printf("当前使用自动置位事件
    ");
    	}
    	int i;
    	for (i = 0; i < 5; i++)
    	{
    		_beginthreadex(NULL, 0, FastThreadFun, szFastThreadName[i], 0, NULL);
    	}
    	for (i = 0; i < 2; i++)
    	{
    		_beginthreadex(NULL, 0, SlowThreadFun, szSlowThreadName[i], 0, NULL);
    	}
    
    	Sleep(50);//保证线程全部启动
    	printf("现在主线程触发一个事件脉冲 - PulseEvent()
    ");
    	PulseEvent(g_hThreadEvent);	//调用PulseEvent()就相当于同时调用下面两句话
    	//SetEvent(g_hThreadEvent);
    	//ResetEvent(g_hThreadEvent);
    
    	Sleep(3000);
    	printf("时间到,主线程结束运行
    ");
    	CloseHandle(g_hThreadEvent);
    
    	return 0;
    }
    

    对于自动置位事件,运行的结果:

    对于手动置位事件,运行结果:

    最后总结下事件Event

    1.事件是内核对象,事件分为手动置位事件自动置位事件。事件Event内部它包含一个使用计数(所有内核对象都有),一个布尔值表示是手动置位事件还是自动置位事件,另一个布尔值用来表示事件有无触发。

    2.事件可以由SetEvent()来触发,由ResetEvent()来设成未触发。还可以由PulseEvent()来发出一个事件脉冲。

    3.事件可以解决线程间同步问题,也能解决互斥问题。解决线程互斥时要把事件设置为自动置位,同时初始状态为true,触发模式。这样第一个调用WaitForSingleObject的线程能通过,之后置位为未触发,阻挡后来的线程。

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