1、臨界區(qū):通過(guò)對(duì)多線程的串行化來(lái)訪問(wèn)公共資源或一段代碼,速度快,適合控制數(shù)據(jù)訪問(wèn)。
2、互斥量:為協(xié)調(diào)共同對(duì)一個(gè)共享資源的單獨(dú)訪問(wèn)而設(shè)計(jì)的。
3、信號(hào)量:為控制一個(gè)具有有限數(shù)量用戶資源而設(shè)計(jì)。
4、事 件:用來(lái)通知線程有一些事件已發(fā)生,從而啟動(dòng)后繼任務(wù)的開(kāi)始。
臨界區(qū)(Critical Section)
保 證在某一時(shí)刻只有一個(gè)線程能訪問(wèn)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)便辦法。在任意時(shí)刻只允許一個(gè)線程對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)。如果有多個(gè)線程試圖同時(shí)訪問(wèn)臨界區(qū),那么在有一個(gè)線程進(jìn)入 后其他所有試圖訪問(wèn)此臨界區(qū)的線程將被掛起,并一直持續(xù)到進(jìn)入臨界區(qū)的線程離開(kāi)。臨界區(qū)在被釋放后,其他線程可以繼續(xù)搶占,并以此達(dá)到用原子方式操作共享 資源的目的。
臨界區(qū)包含兩個(gè)操作原語(yǔ):
EnterCriticalSection() 進(jìn)入臨界區(qū)
LeaveCriticalSection() 離開(kāi)臨界區(qū)
EnterCriticalSection() 語(yǔ)句執(zhí)行后代碼將進(jìn)入臨界區(qū)以后無(wú)論發(fā)生什么,必須確保與之匹配的LeaveCriticalSection()都能夠被執(zhí)行到。否則臨界區(qū)保護(hù)的共享資 源將永遠(yuǎn)不會(huì)被釋放。雖然臨界區(qū)同步速度很快,但卻只能用來(lái)同步本進(jìn)程內(nèi)的線程,而不可用來(lái)同步多個(gè)進(jìn)程中的線程。
MFC提供了很多功 能完備的類,我用MFC實(shí)現(xiàn)了臨界區(qū)。MFC為臨界區(qū)提供有一個(gè)CCriticalSection類,使用該類進(jìn)行線程同步處理是非常簡(jiǎn)單的。只需在線程 函數(shù)中用CCriticalSection類成員函數(shù)Lock()和UnLock()標(biāo)定出被保護(hù)代碼片段即可。Lock()后代碼用到的資源自動(dòng)被視為 臨界區(qū)內(nèi)的資源被保護(hù)。UnLock后別的線程才能訪問(wèn)這些資源。
互斥量(Mutex)
互斥量跟臨界區(qū)很相似,只有擁 有互斥對(duì)象的線程才具有訪問(wèn)資源的權(quán)限,由于互斥對(duì)象只有一個(gè),因此就決定了任何情況下此共享資源都不會(huì)同時(shí)被多個(gè)線程所訪問(wèn)。當(dāng)前占據(jù)資源的線程在任務(wù) 處理完后應(yīng)將擁有的互斥對(duì)象交出,以便其他線程在獲得后得以訪問(wèn)資源;コ饬勘扰R界區(qū)復(fù)雜。因?yàn)槭褂没コ獠粌H僅能夠在同一應(yīng)用程序不同線程中實(shí)現(xiàn)資源的安 全共享,而且可以在不同應(yīng)用程序的線程之間實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的安全共享。
互斥量包含的幾個(gè)操作原語(yǔ):
CreateMutex() 創(chuàng)建一個(gè)互斥量
OpenMutex() 打開(kāi)一個(gè)互斥量
ReleaseMutex() 釋放互斥量
WaitForMultipleObjects() 等待互斥量對(duì)象
同樣MFC為互斥量提供有一個(gè)CMutex類。使用CMutex類實(shí)現(xiàn)互斥量操作非常簡(jiǎn)單,但是要特別注意對(duì)CMutex的構(gòu)造函數(shù)的調(diào)用
CMutex( BOOL bInitiallyOwn = FALSE, LPCTSTR lpszName = NULL, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaAttribute = NULL)
不用的參數(shù)不能亂填,亂填會(huì)出現(xiàn)一些意想不到的運(yùn)行結(jié)果。
信號(hào)量(Semaphores)
信號(hào)量對(duì)象對(duì)線程的同步方式與前面幾種方法不同,信號(hào)允許多個(gè)線程同時(shí)使用共享資源,這與操作系統(tǒng)中的PV操作相同。它指出了同時(shí)訪問(wèn)共享資源的線程最大數(shù)目。它允許多個(gè)線程在同一時(shí)刻訪問(wèn)同一資源,但是需要限制在同一時(shí)刻訪問(wèn)此資源的最大線程數(shù)目。在用CreateSemaphore()創(chuàng)建信號(hào)量時(shí)即要 同時(shí)指出允許的最大資源計(jì)數(shù)和當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)。一般是將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)設(shè)置為最大資源計(jì)數(shù),每增加一個(gè)線程對(duì)共享資源的訪問(wèn),當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)就會(huì)減 1,只要當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)是大于0的,就可以發(fā)出信號(hào)量信號(hào)。但是當(dāng)前可用計(jì)數(shù)減小到0時(shí)則說(shuō)明當(dāng)前占用資源的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了所允許的最大數(shù)目,不能在 允許其他線程的進(jìn)入,此時(shí)的信號(hào)量信號(hào)將無(wú)法發(fā)出。線程在處理完共享資源后,應(yīng)在離開(kāi)的同時(shí)通過(guò)ReleaseSemaphore()函數(shù)將當(dāng)前可用資源 計(jì)數(shù)加1。在任何時(shí)候當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)決不可能大于最大資源計(jì)數(shù)。
PV操作及信號(hào)量的概念都是由荷蘭科學(xué)家E.W.Dijkstra提出的。信號(hào)量S是一個(gè)整數(shù),S大于等于零時(shí)代表可供并發(fā)進(jìn)程使用的資源實(shí)體數(shù),但S小于零時(shí)則表示正在等待使用共享資源的進(jìn)程數(shù)。
P操作 申請(qǐng)資源:
(1)S減1;
(2)若S減1后仍大于等于零,則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行;
(3)若S減1后小于零,則該進(jìn)程被阻塞后進(jìn)入與該信號(hào)相對(duì)應(yīng)的隊(duì)列中,然后轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。
V操作 釋放資源:
(1)S加1;
(2)若相加結(jié)果大于零,則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行;
(3)若相加結(jié)果小于等于零,則從該信號(hào)的等待隊(duì)列中喚醒一個(gè)等待進(jìn)程,然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。
信號(hào)量包含的幾個(gè)操作原語(yǔ):
CreateSemaphore() 創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量
OpenSemaphore() 打開(kāi)一個(gè)信號(hào)量
ReleaseSemaphore() 釋放信號(hào)量
WaitForSingleObject() 等待信號(hào)量
事件(Event)
事件對(duì)象也可以通過(guò)通知操作的方式來(lái)保持線程的同步。并且可以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程中的線程同步操作。
信號(hào)量包含的幾個(gè)操作原語(yǔ):
CreateEvent() 創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量
OpenEvent() 打開(kāi)一個(gè)事件
SetEvent() 回置事件
WaitForSingleObject() 等待一個(gè)事件
WaitForMultipleObjects() 等待多個(gè)事件
WaitForMultipleObjects 函數(shù)原型:
WaitForMultipleObjects(
IN DWORD nCount, // 等待句柄數(shù)
IN CONST HANDLE *lpHandles, //指向句柄數(shù)組
IN BOOL bWaitAll, //是否完全等待標(biāo)志
IN DWORD dwMilliseconds //等待時(shí)間
)
參數(shù)nCount指定了要等待的內(nèi)核對(duì)象的數(shù)目,存放這些內(nèi)核對(duì)象的數(shù)組由lpHandles來(lái)指向。fWaitAll對(duì)指定的這nCount個(gè)內(nèi)核對(duì)象的 兩種等待方式進(jìn)行了指定,為TRUE時(shí)當(dāng)所有對(duì)象都被通知時(shí)函數(shù)才會(huì)返回,為FALSE則只要其中任何一個(gè)得到通知就可以返回。 dwMilliseconds在這里的作用與在WaitForSingleObject()中的作用是完全一致的。如果等待超時(shí),函數(shù)將返回 WAIT_TIMEOUT。
總結(jié):
1. 互斥量與臨界區(qū)的作用非常相似,但互斥量是可以命名的,也就是說(shuō)它可以跨越進(jìn)程使用。所以創(chuàng)建互斥量需要的資源更多,所以如果只為了在進(jìn)程內(nèi)部使用的話,使用臨界區(qū)會(huì)帶來(lái)速度上的優(yōu)勢(shì)并能夠減少資源占用量。因?yàn)榛コ饬渴强邕M(jìn)程的互斥量一旦被創(chuàng)建,就可以通過(guò)名字打開(kāi)它。
2. 互斥量(Mutex),信號(hào)量(Semaphore),事件(Event)都可以被跨越進(jìn)程使用來(lái)進(jìn)行同步數(shù)據(jù)操作,而其他的對(duì)象與數(shù)據(jù)同步操作無(wú)關(guān),但對(duì)于進(jìn)程和線程來(lái)講,如果進(jìn)程和線程在運(yùn)行狀態(tài)則為無(wú)信號(hào)狀態(tài),在退出后為有信號(hào)狀態(tài)。所以可以使用WaitForSingleObject來(lái)等待進(jìn)程和線程退出。