《windows via C++》之windows線程同步

 

來自：夢在天涯C++部落格(http://www.cppblog.com/mzty/)

一 線程

1）如果你正在編寫C/C++代碼，決不應該調用CreateThread。相反，應該使用VisualC++運行期庫函數_beginthreadex，退出也應該使用_endthreadex。如果不使用Microsoft的VisualC++編譯器，你的編譯器供應商有它自己的CreateThred替代函數。不管這個替代函數是什麼，你都必須使用。

2）因為_beginthreadex和_endthreadex是CRT線程函數，所以必須注意編譯選項runtimelibaray的選擇，使用MT或MTD。

3)
_beginthreadex函數的參數列表與CreateThread函數的參數列表是相同的，但是參數名和類型並不完全相同。這是因為Microsoft的C/C++運行期庫的開發小組認為，C/C++運行期函數不應該對Windows資料類型有任何依賴。_beginthreadex函數也像CreateThread那樣，返回新建立的線程的控制代碼。

4）下面是關於_beginthreadex的一些要點：

•每個線程均獲得由C/C++運行期庫的堆棧分配的自己的tiddata記憶體結構。（tiddata結構位於Mtdll.h檔案中的VisualC++原始碼中）。

•傳遞給_beginthreadex的線程函數的地址儲存在tiddata記憶體塊中。傳遞給該函數的參數也儲存在該資料區塊中。

•_beginthreadex確實從內部調用CreateThread，因為這是作業系統瞭解如何建立新線程的唯一方法。

•當調用CreatetThread時，它被告知通過調用_threadstartex而不是pfnStartAddr來啟動執行新線程。還有，傳遞給線程函數的參數是tiddata結構而不是pvParam的地址。

•如果一切順利，就會像CreateThread那樣返回線程控制代碼。如果任何操作失敗了，便返回NULL。

5) _endthreadex的一些要點：

•C運行期庫的_getptd函數內部叫用作業系統的TlsGetValue函數，該函數負責檢索調用線程的tiddata記憶體塊的地址。

•然後該資料區塊被釋放，而作業系統的ExitThread函數被調用，以便真正撤消該線程。當然，結束代碼要正確地設定和傳遞。

6) 雖然也提供了簡化版的的_beginthread和_endthread，但是可控制性太差，所以一般不使用。

6）線程handle因為是核心對象，所以需要在最後close handle。

7）C++主線程的終止，同時也會終止所有主線程建立的子線程，不管子線程有沒有執行完畢。

8）如果某線程掛起，然後有調用WaitForSingleObject等待該線程，就會導致死結。

二 線程同步之Critical Sections

1） 因為Critical Sections不是核心對象，所以只能用來同一進程內線程間的同步，不能用來多個不同進程間的線程的同步。

2） 如果在Critical
Sections中間突然程式crash或是exit而沒有調用LeaveCriticalSection，則結果是該線程所對應的核心不能被釋放，該線程成為死線程。

3） 要比其他的核心對象的速度要快。

4）很好的封裝：

class CritSect
{
public:
    friend class Lock;
    CritSect() {
InitializeCriticalSection(&_critSection); }
    ~CritSect() {
DeleteCriticalSection(&_critSection); }
private:
    void
Acquire(){EnterCriticalSection(&_critSection);}
    void
Release(){LeaveCriticalSection(&_critSection);}

    CRITICAL_SECTION _critSection;
};

class Lock
{
public:
     Lock(CritSect&
critSect):_critSect(critSect) {    _critSect.Acquire(); }
    
~Lock(){_critSect.Release();}
private:
    CritSect&
_critSect;
};
調用：CritSect sect;Lock lock(sect);

三 線程同步之Mutex
   

1）互斥對象（mutex）核心對象能夠確保線程擁有對單個資源的互斥訪問權。實際上互斥對象是因此而得名的。互斥對象包含一個使用數量，一個線程ID和一個遞迴計數器。
 2）
互斥對象的行為特性與關鍵程式碼片段相同，但是互斥對象屬於核心對象，而關鍵程式碼片段則屬於使用者方式對象。這意味著互斥對象的運行速度比關鍵程式碼片段要慢。但是這也意味著不同進程中的多個線程能夠訪問單個互斥對象，並且這意味著線程在等待訪問資源時可以設定一個逾時值。

 3） ID用於標識系統中的哪個線程當前擁有互斥對象，遞迴計數器用於指明該線程擁有互斥對象的次數。

 4）
互斥對象有許多用途，屬於最常用的核心對象之一。通常來說，它們用於保護由多個線程訪問的記憶體塊。如果多個線程要同時訪問記憶體塊，記憶體塊中的資料就可能遭到破壞。互斥對象能夠保證訪問記憶體塊的任何線程擁有對該記憶體塊的獨佔訪問權，這樣就能夠保證資料的完整性。

5）互斥對象的使用規則如下：

• 如果線程ID是0（這是個無效ID），互斥對象不被任何線程所擁有，並且發出該互斥對象的通知訊號。

• 如果ID是個非0數字，那麼一個線程就擁有互斥對象，並且不發出該互斥對象的通知訊號。

• 與所有其他核心對象不同， 互斥對象在作業系統中擁有特殊的代碼，允許它們違反正常的規則。

四 線程同步之Event

1）在所有的核心對象中，事件核心對象是個最基本的對象。它們包含一個使用計數（與所有核心對象一樣），一個用於指明該事件是個自動重設的事件還是一個人工重設的事件的布爾值，另一個用於指明該事件處於已通知狀態還是未通知狀態的布爾值。

2）事件能夠通知一個操作已經完成。有兩種不同類型的事件對象。一種是人工重設的事件，另一種是自動重設的事件。當人工重設的事件得到通知時，等待該事件的所有線程均變為可調度線程。當一個自動重設的事件得到通知時，等待該事件的線程中只有一個線程變為可調度線程。

3）當一個線程執行初始化操作，然後通知另一個線程執行剩餘的操作時，事件使用得最多。事件初始化為未通知狀態，然後，當該線程完成它的初始化操作後，它就將事件設定為已通知狀態。這時，一直在等待該事件的另一個線程發現該事件已經得到通知，因此它就變成可調度線程。

 4）Microsoft為自動重設的事件定義了應該成功等待的副作用規則，即當線程成功地等待到該對象時，自動重設的事件就會自動重設到未通知狀態。這就是自動重設的事件如何獲得它們的名字的方法。通常沒有必要為自動重設的事件調用ResetEvent函數，因為系統會自動對事件進行重設。但是，Microsoft沒有為人工重設的事件定義成功等待的副作用，所以需要調用ResetEvent()。

五 線程同步之其他

1）線程局部儲存
（TLS），同一進程中的所有線程共用相同的虛擬位址空間。不同的線程中的局部變數有不同的副本，但是static和globl變數是同一進程中的所有線程共用的。使用TLS技術可以為static和globl的變數，根據當前進程的線程數量建立一個array，每個線程可以通過array的index來訪問對應的變數，這樣也就保證了static和global的變數為每一個線程都建立不同的副本。

2）互鎖函數的家族十分的龐大，例如InterlockedExchangeAdd（）。。。，使用互鎖函數的優點是：他的速度要比其他的CriticalSection,Mutex,Event,Semaphore快很多。

3）等待函數，例如WaitForSingleObject 函數用來檢測 hHandle 事件的訊號狀態，當函數的執行時間超過 dwMilliseconds
就返回，但如果參數 dwMilliseconds 為 INFINITE 時函數將直到相應時間事件變成有訊號狀態才返回，否則就一直等待下去，直到
WaitForSingleObject 有返回直才執行後面的代碼。

六 《Windows核心編程（英文版·第5版）》
最好的windows多線程編程參考，更多更詳細請看原書。