《Windows via C/C++》學習筆記 —— 使用者模式的“線程同步”之“條件變數”

　　Condition variables —— 條件變數，是Windows Vista中新增加的一種處理線程同步問題的機制。它可以與“關鍵程式碼片段（critical section）”或“讀寫鎖（SRWLock）”相互配合使用，來實現線程的同步，特別是實作類別似“生產者-消費者”問題的時候，十分有效。

　　如果當前沒有“產品”可供“消費者線程”（讀者線程）使用，那麼該“消費者線程”要釋放掉對應的讀寫鎖或者關鍵程式碼片段，然後等待直到有一個新的“產品”被“生產者線程”（寫者線程）製造出來之後，方可繼續運行。

　　如果一個用來存放“產品”的資料結構滿了（比如數組），那麼對應“生產者線程”需要釋放有關的鎖和關鍵程式碼片段，同時要等待“消費線程者”消費完這些“產品”。

 

　　條件變數機制就是為了簡化上述“生產者-消費者”問題而設計的一種線程同步機制。當一個線程需要以原子的方式釋放加在資源上的鎖，並且需要被阻塞運行直到一個條件被滿足，你可以呼叫如下的函數：

BOOL SleepConditionVariableCS(
   PCONDITION_VARIABLE pConditionVariable,
   PCRITICAL_SECTION pCriticalSection,
   DWORD dwMilliseconds);BOOL SleepConditionVariableSRW(
   PCONDITION_VARIABLE pConditionVariable,
   PSRWLOCK pSRWLock,
   DWORD dwMilliseconds,
   ULONG Flags);

 

　　正如函數名所預示的那樣，第一個函數針對關鍵程式碼片段，第二個函數針對讀寫鎖。

　　第1個參數pContidionVariable參數指向一個初始化的條件變數，該條件變數指明了調用者（一個線程）的條件變數，參數類型是CONDITION_VARIABLE的指標。

　　第2個參數指明了一個“關鍵程式碼片段”或“讀寫鎖”，它們是用來保護共用資源的。

　　第3個參數dwMilliseconds指明了你的線程想要等待多長時間，你可以傳遞INFINITE，指明需要無限期等待下去。

　　第二個函數的第4個參數Flags指明當條件變數滿足的時候，你需要對應的鎖做如何的要求（即返回的時候設定鎖，該鎖應該是什麼類型的）：在“生產者線程”（寫者線程）中你應該傳遞0給該參數指明該鎖是一個“獨佔鎖定”，該鎖被線程獨佔；在“消費者線程”（讀者線程）中你應該傳遞CONDITION_VARIABLE_LOCKMODE_SHARED給該參數指明該鎖是一個“共用鎖定”，該鎖能以共用的方式為“消費者線程”服務。

　　在該參數調用的時候，第二個參數所指定的關鍵程式碼片段或讀寫鎖會被釋放，使得對應的線程可以訪問共用資源，從而去“生產”或“消費”；在該函數返回的時候，這個鎖又會被設定。如果是SRWLock，該函數返回的時候根據Flags參數設定讀寫鎖類型：獨佔鎖定或共用鎖定。關鍵程式碼片段則會被自動化佈建，因為關鍵程式碼片段總是“排他”的。

　　如果等待逾時，該函數返回FALSE，否則返回TRUE。

 

　　一個線程當被SleepConditionVariableCS或SleepConditionVariableSRW阻塞之後，可以被另一個線程通過呼叫WakeConditionVariable或WakeAllConditionVariable函數喚醒。

VOID WakeConditionVariable(
   PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable);     //條件變數指標VOID WakeAllConditionVariable(
   PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable);     //條件變數指標

 

　　當你呼叫WakeConditionVariable函數的時候，傳遞一個條件變數的指標給它，此時，在一個等待在同樣條件變數的上的線程的SleepConditionVariable函數內部，條件變數收到訊號，通知線程，該函數會返回，同時把對應的鎖設定為所需要的類型。

　　當你呼叫WakeAllConditionVarialbe函數的時候，一個過多個等待在相同條件變數上的線程會被被喚醒。喚醒多個線程是可以的，但是你需要在調用SleepConditionVariable*函數的時候設定參數Flags：給“生產者線程”傳遞0；給“消費者線程”傳遞CONDITION_VARIABLE_LOCKMODE_SHARED。所以，有些時候，“消費者線程”全部會被喚醒。或者這樣喚醒：生產者、消費者、生產者、消費者……如此迴圈。

 

　　本書還舉了一個例子，這裡就不多說了，我個人總結了下，運用條件變數應該遵循如下模式（自己是這麼認為的，如果有誤還大家請指出）

 

CONDITION_VARIABLE g_cvProduce;   //生產條件變數
CONDITION_VARIABLE g_cvConsume;   //消費條件變數
SRWLOCK g_srwLock;     //讀寫鎖

DWORD WINAPI Consumer(PVOID pvParam)     //消費者線程函數
{
     
     AcquireSRWLockShard(&g_srwLock);     //請求共用鎖定（讀鎖）
     SleepConditionVariableSRW(g_cvConsume, &g_srwLock, INFINITE, CONDITION_VARIABLE_LOCKMODE_SHARED);    //等待條件變數，會被生產者線程喚醒

          //消費

     ReleaseSRWLockShared(&g_srwLock);     //釋放共用鎖定
     WakeConditionVariable(&g_cvProduce);     //喚醒一個生產者線程
     
}

DWORD WINAPI Producer(PVOID pvParam)     //生產者線程函數
{
     
     AcquireSRWLockExclusive(&g_srwLock);     //要求一個獨佔鎖定（寫鎖）

 

     //等待條件變數受信，會被消費者線程喚醒
     SleepConditionVariableSRW(g_cvProduce, &g_srwLock, INFINITE, 0);

          //生產

     ReleaseSRWLockExclusive(&g_srwLock);     //釋放獨佔鎖定
     WakeAllConditionVariable(&g_cvConsume);  //喚醒所有消費者線程
     
}