【UE4源代码分析】-003 临界区

1 、临界区

   临界区 指的是一个访问共用资源（例如：共用设备或是共用存储器）的程序片段，而这些共用资源又无法同时被多个线程访问的特性。当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必须等待（例如： bounded waiting 等待法），有一些同步的机制必须在临界区段的进入点与离开点实现，以确保这些共用资源是被互斥获得使用。

   简单来说，临界区是一种锁，每次只允许一把钥匙对锁进行加锁操作。程序在使用临界资源之前需要使用自己的钥匙对锁进行加锁操作。加锁操作时，先检查锁是否处于锁定操作，如果处于锁定状态，那么需要等待锁被原加锁者解锁或超时。加锁成功后，程序可以使用临界资源。在使用完成之后需要使用钥匙对资源进行解锁。从而保证，同一时刻只有一个用户能够对临界资源进行访问。

   临界区 实现的是一种 互斥 的保护。

2 、 Windows 临界区

 &esmp;windows 提供了一种 CRITICAL_SECTION 结构，并提供相关操作函数来实现相关功能，主要包括：

// 初始化临界区

void WINAPI InitializeCriticalSection (LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

// 带自旋次数的初始化临界区

BOOL WINAPI InitializeCriticalSectionAndSpinCount (LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection, DWORD dwSpinCount);

// 设置临界区的自旋次数

DWORD WINAPI SetCriticalSectionSpinCount (LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection, DWORD dwSpinCount);

// 尝试进入临界区

BOOL WINAPI TryEnterCriticalSection (LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

// 进入临界区

void WINAPI EnterCriticalSection (LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

// 离开临界区

void WINAPI LeaveCriticalSection (LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

// 删除临界区，释放临界区

void WINAPI DeleteCriticalSection (LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

   CRITICAL_SECTION 并不是 windows 系统的核心对象，不具备名称。因此，临界区只能用于单个进程的多个线程之间的同步，对于进程之间的通信和同步无能为力。

3 、 UE4 中的临界区

   在 UE4 中， Engine\Source\Runtime\Core\Public\Windows\WindowsCriticalSection.h 文件提供了 UE4 中临界区的定义，主要包括 FWindowsCriticalSection 和 FWindowsSystemWideCriticalSection 两种。

3.1 FWindowsCriticalSection

   FWindowsCriticalSection 是 UE4 对 windows 操作系统中 CRITICAL_SECTION 结构的封装，提供无命名的临界区资源锁以及相关操作功能。

/**

 * This is the Windows version of a critical section. It uses an aggregate

 * CRITICAL_SECTION to implement its locking.

 */

class FWindowsCriticalSection

{

       // 私有成员， windows 普通的 CRITICAL_SECTION 变量

       Windows :: CRITICAL_SECTION CriticalSection;

 

public:

 

       // 构造函数，自旋次数初始值设置为 4000.

       FORCEINLINE FWindowsCriticalSection ()

       {

              CA_SUPPRESS ( 28125 );

              // 初始化临界区资源

              Windows :: InitializeCriticalSection ( & CriticalSection);

              Windows :: SetCriticalSectionSpinCount ( & CriticalSection, 4000 );

       }

 

       // 析构函数，释放临界区

       FORCEINLINE ~ FWindowsCriticalSection ()

       {

              Windows :: DeleteCriticalSection ( & CriticalSection);

       }

 

       // 加锁操作，采用先尝试，后进入的流程

       FORCEINLINE void Lock ()

       {

              // Spin first before entering critical section, causing ring-0 transition and context switch.

              if (Windows :: TryEnterCriticalSection ( & CriticalSection) == 0 )

              {

                    Windows :: EnterCriticalSection ( & CriticalSection);

              }

       }

 

       // 尝试加锁，当前临界区能够被当前线程加锁，则返回 true ，否则返回 false

       FORCEINLINE bool TryLock ()

       {

              if (Windows :: TryEnterCriticalSection ( & CriticalSection))

              {

                    return true ;

              }

              return false ;

       }

 

       // 解锁

       FORCEINLINE void Unlock ()

       {

              Windows :: LeaveCriticalSection ( & CriticalSection);

       }

 

private:

    // 确保临界区无法被复制和赋值

       FWindowsCriticalSection ( const FWindowsCriticalSection & );

       FWindowsCriticalSection & operator= ( const FWindowsCriticalSection & );

};

   通过将 FWindowsCriticalSection::FWindowsCriticalSection(const FWindowsCriticalSection&) 和 FWindowsCriticalSection& FWindowsCriticalSection::operator=(const FWindowsCriticalSection&) 声明为私有函数，从而确保临界区资源锁无法被复制和赋值。

3.2 FWindowsSystemWideCriticalSection

   除了无法用于进程间同步的普通临界区之外， UE4 还通过 Mutex 模仿了一个可用于进程间同步的临界区 FWindowsSystemWideCriticalSection 。

  Mutex 是互斥器，在 windows 系统中是系统的核心对象，可以命名，并通过名称获取已经存在的对象实例。基于以上特性， UE4 通过 Mutex 的封装，实现了能够用于进程间线程同步的 FWindowsSystemWideCriticalSection ，其类定义如下：

/** System-Wide Critical Section for windows using mutex */

class CORE_API FWindowsSystemWideCriticalSection

{

public:

       // 构造函数，创建并尝试获取命名 Mutex

       explicit FWindowsSystemWideCriticalSection ( const class FString & InName, FTimespan InTimeout = FTimespan :: Zero ());

 

       // 析构函数，如果当前持有锁的话释放锁

       ~ FWindowsSystemWideCriticalSection ();

 

       // 检查锁当前是否能够获取，如果能够获取或者前一个拥有着在未释放锁的情况下结束了，返回 true ，否则返回 false 。

       bool IsValid () const ;

 

       // 释放锁

       void Release ();

 

private:

    // 防止锁被拷贝和赋值

       FWindowsSystemWideCriticalSection ( const FWindowsSystemWideCriticalSection & );

       FWindowsSystemWideCriticalSection & operator= ( const FWindowsSystemWideCriticalSection & );

 

private:

       Windows :: HANDLE Mutex;

};