C++ 线程同步

一. 实现线程同步的方式

1. 临界区

临界区（Critical Section）是一段独占对某些共享资源访问的代码，在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。如果有多个线程试图同时访问临界区，那么在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。

2. 事件（CEvent）

事件机制，则允许一个线程在处理完一个任务后，主动唤醒另外一个线程执行任务。比如在某些网络应用程序中，一个线程如A负责侦听通信端口，另外一个线程B负责更新用户数据，利用事件机制，则线程A可以通知线程B何时更新用户数据。
每个Cevent对象可以有两种状态：有信号状态和无信号状态。

Cevent类对象有两种类型：人工事件和自动事件。

自动事件对象，在被至少一个线程释放后自动返回到无信号状态；人工事件对象，获得信号后，释放可利用线程，但直到调用成员函数ReSet()才将其设置为无信号状态。在创建Cevent对象时，默认创建的是自动事件。

3. 互斥量（CMutex）

和临界区对象非常相似，只是其允许在进程间使用，而临界区只限制与同一进程的各个线程之间使用，但是更节省资源，更有效率。

4. 信号量（CSemphore）

当需要一个计数器来限制可以使用某共享资源的线程数目时，可以使用“信号量”对象。CSemaphore类对象保存了对当前访问某一个指定资源的线程的计数值，该计数值是当前还可以使用该资源的线程数目。如果这个计数达到了零，则所有对这个CSemaphore类对象所控制的资源的访问尝试都被放入到一个队列中等待，直到超时或计数值不为零为止。

二. 具体实现

1. 临界区

临界区在使用时以CRITICAL_SECTION结构对象保护共享资源，并分别用EnterCriticalSection（）和LeaveCriticalSection（）函数去标识和释放一个临界区。所用到的CRITICAL_SECTION结构对象必须经过InitializeCriticalSection（）的初始化后才能使用，而且必须确保所有线程中的任何试图访问此共享资源的代码都处在此临界区的保护之下。否则临界区将不会起到应有的作用，共享资源依然有被破坏的可能。

#include "stdafx.h"
#include<windows.h>
#include<iostream>
using namespace std;

int number = 1; //定义全局变量
CRITICAL_SECTION Critical;      //定义临界区句柄

unsigned long __stdcall ThreadProc1(void* lp)
{
    while (number < 100)
    {
        EnterCriticalSection(&Critical);
        cout << "thread 1 :"<<number << endl;
        ++number;
        _sleep(100);
        LeaveCriticalSection(&Critical);
    }

    return 0;
}

unsigned long __stdcall ThreadProc2(void* lp)
{
    while (number < 100)
    {
        EnterCriticalSection(&Critical);
        cout << "thread 2 :"<<number << endl;
        ++number;
        _sleep(100);
        LeaveCriticalSection(&Critical);
    }

    return 0;
}

int main()
{
    InitializeCriticalSection(&Critical);   //初始化临界区对象

    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc1, NULL, 0, NULL);
    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc2, NULL, 0, NULL);

    Sleep(10*1000);

    system("pause");
    return 0;
}

2.事件

#include "stdafx.h"
#include<windows.h>
#include<iostream>
using namespace std;

int number = 1; //定义全局变量
HANDLE hEvent;  //定义事件句柄

unsigned long __stdcall ThreadProc1(void* lp)
{
    while (number < 100)
    {
        WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE);  //等待对象为有信号状态
        cout << "thread 1 :"<<number << endl;
        ++number;
        _sleep(100);
        SetEvent(hEvent);
    }

    return 0;
}

unsigned long __stdcall ThreadProc2(void* lp)
{
    while (number < 100)
    {
        WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE);  //等待对象为有信号状态
        cout << "thread 2 :"<<number << endl;
        ++number;
        _sleep(100);
        SetEvent(hEvent);
    }

    return 0;
}

int main()
{
    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc1, NULL, 0, NULL);
    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc2, NULL, 0, NULL);
    hEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, TRUE, "event");

    Sleep(10*1000);

    system("pause");
    return 0;
}

3.信号量

信号量是维护0到指定最大值之间的同步对象。信号量状态在其计数大于0时是有信号的，而其计数是0时是无信号的。信号量对象在控制上可以支持有限数量共享资源的访问。

信号量的特点和用途可用下列几句话定义： 
①如果当前资源的数量大于0，则信号量有效。
②如果当前资源数量是0，则信号量无效。
③系统决不允许当前资源的数量为负值。
④当前资源数量决不能大于最大资源数量。

• 创建信号量

HANDLE CreateSemaphore (
  　PSECURITY_ATTRIBUTE psa, //信号量的安全属性
　  LONG lInitialCount, //开始时可供使用的资源数
　  LONG lMaximumCount, //最大资源数
   PCTSTR pszName);     //信号量的名称

• 释放信号量

BOOL WINAPI ReleaseSemaphore(
  　HANDLE hSemaphore,   //要增加的信号量句柄
  　LONG lReleaseCount, //信号量的当前资源数增加lReleaseCount
  　LPLONG lpPreviousCount  //增加前的数值返回
   );

• 打开信号量

HANDLE OpenSemaphore (
  　DWORD fdwAccess,      //access
  　BOOL bInherithandle,  //如果允许子进程继承句柄，则设为TRUE
  　PCTSTR pszName  //指定要打开的对象的名字
  );

#include "stdafx.h"
#include<windows.h>
#include<iostream>
using namespace std;

int number = 1; //定义全局变量
HANDLE hSemaphore;  //定义信号量句柄

unsigned long __stdcall ThreadProc1(void* lp)
{
    long count;
    while (number < 100)
    {
        WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);  //等待信号量为有信号状态
        cout << "thread 1 :"<<number << endl;
        ++number;
        _sleep(100);
        ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, &count);
    }

    return 0;
}

unsigned long __stdcall ThreadProc2(void* lp)
{
    long count;
    while (number < 100)
    {
        WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);  //等待信号量为有信号状态
        cout << "thread 2 :"<<number << endl;
        ++number;
        _sleep(100);
        ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, &count);
    }

    return 0;
}

int main()
{
    hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 1, 100, "sema");

    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc1, NULL, 0, NULL);
    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc2, NULL, 0, NULL);

    Sleep(10*1000);

    system("pause");
    return 0;
}

4. 互斥量

#include "stdafx.h"
#include<windows.h>
#include<iostream>
using namespace std;

int number = 1; //定义全局变量
HANDLE hMutex;  //定义互斥对象句柄

unsigned long __stdcall ThreadProc1(void* lp)
{
    while (number < 100)
    {
        WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
        cout << "thread 1 :"<<number << endl;
        ++number;
        _sleep(100);
        ReleaseMutex(hMutex);
    }

    return 0;
}

unsigned long __stdcall ThreadProc2(void* lp)
{
    while (number < 100)
    {
        WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
        cout << "thread 2 :"<<number << endl;
        ++number;
        _sleep(100);
        ReleaseMutex(hMutex);
    }

    return 0;
}

int main()
{
    hMutex = CreateMutex(NULL, false, "mutex");     //创建互斥对象

    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc1, NULL, 0, NULL);
    CreateThread(NULL, 0, ThreadProc2, NULL, 0, NULL);

    Sleep(10*1000);

    system("pause");
    return 0;
}

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参考文章：

C++线程同步的四种方式（Windows）