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很想整理一下自己對(duì)進(jìn)程線程同步互斥的理解。正巧周六一個(gè)剛剛回到學(xué)校的同學(xué)請(qǐng)客吃飯。在吃飯的過程中，有兩個(gè)同學(xué)，為了一個(gè)問題爭論的面紅耳赤。一個(gè)認(rèn)為.Net下的進(jìn)程線程控制模型更加合理。一個(gè)認(rèn)為java下的線程池策略比.Net的好。大家的話題一下轉(zhuǎn)到了進(jìn)程線程同步互斥的控制問題上。回到家，想了想就寫了這個(gè)東東。

　　現(xiàn)在流行的進(jìn)程線程同步互斥的控制機(jī)制，其實(shí)是由最原始最基本的4種方法實(shí)現(xiàn)的。由這4種方法組合優(yōu)化就有了.Net和Java下靈活多變的，編程簡便的線程進(jìn)程控制手段。

　　這4種方法具體定義如下 在《操作系統(tǒng)教程》ISBN 7-5053-6193-7 一書中可以找到更加詳細(xì)的解釋

　　1臨界區(qū):通過對(duì)多線程的串行化來訪問公共資源或一段代碼，速度快，適合控制數(shù)據(jù)訪問。

　　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)線程能訪問數(shù)據(jù)的簡便辦法。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。如果有多個(gè)線程試圖同時(shí)訪問臨界區(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。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： EnterCriticalSection（） 進(jìn)入臨界區(qū) LeaveCriticalSection（） 離開臨界區(qū)

　　EnterCriticalSection（）語句執(zhí)行后代碼將進(jìn)入臨界區(qū)以后無論發(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，但卻只能用來同步本進(jìn)程內(nèi)的線程，而不可用來同步多個(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這些資源。

代碼:
  //CriticalSection
  CCriticalSection global_CriticalSection;
   
  // 共享資源
  char global_Array[256];
   
  //初始化共享資源
  void InitializeArray()
  {
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=I;
   }
  }
   
  //寫線程
  UINT Global_ThreadWrite(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   //進(jìn)入臨界區(qū)
  global_CriticalSection.Lock();
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=W;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }

　//離開臨界區(qū)
   global_CriticalSection.Unlock();
   return 0;
  }
   
  //刪除線程
  UINT Global_ThreadDelete(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   //進(jìn)入臨界區(qū)
   global_CriticalSection.Lock();
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=D;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
   
　//離開臨界區(qū)
   global_CriticalSection.Unlock();
   return 0;
  }
   
  //創(chuàng)建線程并啟動(dòng)線程
  void CCriticalSectionsDlg::OnBnClickedButtonLock()
  {
   //Start the first Thread
   CWinThread *ptrWrite = AfxBeginThread(Global_ThreadWrite,
   &m_Write,
   THREAD_PRIORITY_NORMAL,
   0,
   CREATE_SUSPENDED);
   ptrWrite->ResumeThread();
   　
   //Start the second Thread
   CWinThread *ptrDelete = AfxBeginThread(Global_ThreadDelete,
   &m_Delete,
   THREAD_PRIORITY_NORMAL,
   0,
   CREATE_SUSPENDED);
   ptrDelete->ResumeThread();
  } 

　　在測試程序中，Lock UnLock兩個(gè)按鈕分別實(shí)現(xiàn)，在有臨界區(qū)保護(hù)共享資源的執(zhí)行狀態(tài)，和沒有臨界區(qū)保護(hù)共享資源的執(zhí)行狀態(tài)。

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。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：
　　CreateMutex（） 創(chuàng)建一個(gè)互斥量
　　OpenMutex（） 打開一個(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。

代碼:
  //創(chuàng)建互斥量
  CMutex global_Mutex(0,0,0);
   
  // 共享資源
  char global_Array[256];
   
  void InitializeArray()
  {
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=I;
   }
  }
  UINT Global_ThreadWrite(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   global_Mutex.Lock();
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=W;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
   global_Mutex.Unlock();
   return 0;
  }
   
  UINT Global_ThreadDelete(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   global_Mutex.Lock();
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=D;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
   global_Mutex.Unlock();
   return 0;
  } 

　　同樣在測試程序中，Lock UnLock兩個(gè)按鈕分別實(shí)現(xiàn)，在有互斥量保護(hù)共享資源的執(zhí)行狀態(tài)，和沒有互斥量保護(hù)共享資源的執(zhí)行狀態(tài)。

　
　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)刻訪問同一資源，但是需要限制在同一時(shí)刻訪問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，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)將無法發(fā)出。線程在處理完共享資源后，應(yīng)在離開的同時(shí)通過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；
　?。?）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：
　?。?）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：
　　CreateSemaphore（） 創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量
　　OpenSemaphore（） 打開一個(gè)信號(hào)量
　　ReleaseSemaphore（） 釋放信號(hào)量
　　WaitForSingleObject（） 等待信號(hào)量

代碼:
  //信號(hào)量句柄
  HANDLE global_Semephore;
   
  // 共享資源
  char global_Array[256];
  void InitializeArray()
  {
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=I;
   }
  }
 
　//線程1
  UINT Global_ThreadOne(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   //等待對(duì)共享資源請(qǐng)求被通過 等于 P操作
  WaitForSingleObject(global_Semephore, INFINITE);
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=O;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
 
  //釋放共享資源 等于 V操作
   ReleaseSemaphore(global_Semephore, 1, NULL);
   return 0;
  }
   
  UINT Global_ThreadTwo(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   WaitForSingleObject(global_Semephore, INFINITE);
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=T;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
   ReleaseSemaphore(global_Semephore, 1, NULL);
   return 0;
  }
   
  UINT Global_ThreadThree(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   WaitForSingleObject(global_Semephore, INFINITE);
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=H;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
   ReleaseSemaphore(global_Semephore, 1, NULL);
   return 0;
  }
   
  void CSemaphoreDlg::OnBnClickedButtonOne()
  {

   //設(shè)置信號(hào)量 1 個(gè)資源 1同時(shí)只可以有一個(gè)線程訪問
   global_Semephore= CreateSemaphore(NULL, 1, 1, NULL);
   this->StartThread();
 
  // TODO: Add your control notification handler code here
  }
   
  void CSemaphoreDlg::OnBnClickedButtonTwo()
  {

   //設(shè)置信號(hào)量 2 個(gè)資源 2 同時(shí)只可以有兩個(gè)線程訪問
   global_Semephore= CreateSemaphore(NULL, 2, 2, NULL);
   this->StartThread();

   // TODO: Add your control notification handler code here
  }
   
  void CSemaphoreDlg::OnBnClickedButtonThree()
  {

  //設(shè)置信號(hào)量 3 個(gè)資源 3 同時(shí)只可以有三個(gè)線程訪問
   global_Semephore= CreateSemaphore(NULL, 3, 3, NULL);
   this->StartThread();
 
  // TODO: Add your control notification handler code here
  } 

　　信號(hào)量的使用特點(diǎn)使其更適用于對(duì)Socket（套接字）程序中線程的同步。例如，網(wǎng)絡(luò)上的HTTP服務(wù)器要對(duì)同一時(shí)間內(nèi)訪問同一頁面的用戶數(shù)加以限制，這時(shí)可以為每一個(gè)用戶對(duì)服務(wù)器的頁面請(qǐng)求設(shè)置一個(gè)線程，而頁面則是待保護(hù)的共享資源，通過使用信號(hào)量對(duì)線程的同步作用可以確保在任一時(shí)刻無論有多少用戶對(duì)某一頁面進(jìn)行訪問，只有不大于設(shè)定的最大用戶數(shù)目的線程能夠進(jìn)行訪問，而其他的訪問企圖則被掛起，只有在有用戶退出對(duì)此頁面的訪問后才有可能進(jìn)入。
事件（Event）

　　事件對(duì)象也可以通過通知操作的方式來保持線程的同步。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：
　　CreateEvent（） 創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)量
　　OpenEvent（） 打開一個(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。

代碼:
  //事件數(shù)組
  HANDLE global_Events[2];
   
  // 共享資源
  char global_Array[256];
   
  void InitializeArray()
  {
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=I;
   }
  }
   
  UINT Global_ThreadOne(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=O;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
 
  //回置事件
   SetEvent(global_Events[0]);
   return 0;
  }
   
  UINT Global_ThreadTwo(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=T;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
 
  //回置事件
   SetEvent(global_Events[1]);
   return 0;
  }
   
  UINT Global_ThreadThree(LPVOID pParam)
  {
   CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
   ptr->SetWindowText("");
 
  //等待兩個(gè)事件都被回置
   WaitForMultipleObjects(2, global_Events, true, INFINITE);
   for(int i = 0;i<256;i++)
   {
   global_Array[i]=H;
   ptr->SetWindowText(global_Array);
   Sleep(10);
   }
   return 0;
  }
  void CEventDlg::OnBnClickedButtonStart()
  {
   for (int i = 0; i < 2; i++)
   {
 
  //實(shí)例化事件
   global_Events[i]=CreateEvent(NULL,false,false,NULL);
   }
   CWinThread *ptrOne = AfxBeginThread(Global_ThreadOne,
   &m_One,
   THREAD_PRIORITY_NORMAL,
   0,
   CREATE_SUSPENDED);
   ptrOne->ResumeThread();
   
   //Start the second Thread
   CWinThread *ptrTwo = AfxBeginThread(Global_ThreadTwo,
   &m_Two,
   THREAD_PRIORITY_NORMAL,
   0,
   CREATE_SUSPENDED);
   ptrTwo->ResumeThread();
   
   //Start the Third Thread
   CWinThread *ptrThree = AfxBeginThread(Global_ThreadThree,
   &m_Three,
   THREAD_PRIORITY_NORMAL,
   0,
   CREATE_SUSPENDED);
   ptrThree->ResumeThread();

   // TODO: Add your control notification handler code here
  }

　　事件可以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程中的線程同步操作，并且可以方便的實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程的優(yōu)先比較等待操作，例如寫多個(gè)WaitForSingleObject來代替WaitForMultipleObjects從而使編程更加靈活。
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)部是用的話使用臨界區(qū)會(huì)帶來速度上的優(yōu)勢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，就可以通過名字打開它。

　　2． 互斥量（Mutex），信號(hào)燈（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越進(jìn)程使用來進(jìn)行同步數(shù)據(jù)操作，而其他的對(duì)象與數(shù)據(jù)同步操作無關(guān)，但對(duì)于進(jìn)程和線程來講，如果進(jìn)程和線程在運(yùn)行狀態(tài)則為無信號(hào)狀態(tài)，在退出后為有信號(hào)狀態(tài)。所以可以使用WaitForSingleObject來等待進(jìn)程和線程退出。

　　3． 通過互斥量可以指定資源被獨(dú)占的方式使用，但如果有下面一種情況通過互斥量就無法處理，比如現(xiàn)在一位用戶購買了一份三個(gè)并發(fā)訪問許可的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶購買的訪問許可數(shù)量來決定有多少個(gè)線程/進(jìn)程能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，這時(shí)候如果利用互斥量就沒有辦法完成這個(gè)要求，信號(hào)燈對(duì)象可以說是一種資源計(jì)數(shù)器。