多线程编程--5种方法实现线程同步

2022-05-25 02:29:36

1：用Interlocked系列函数实现线程同步实例如下：

//旋转锁
#include <iostream> 
using namespace std;  
#include <process.h>
#include <windows.h> 
const int threadNum=10;
HANDLE hThread[threadNum];
volatile unsigned int ISOK=0;
unsigned int _stdcall Interlocked(PVOID threadId)
{ 
    while(InterlockedExchange(&ISOK,1)==1) ; 
    cout<<"线程："<<*(int*)threadId<<"开始"<<endl; 
    Sleep(100);
    cout<<"线程："<<*(int*)threadId<<"结束"<<endl; 
    InterlockedExchange(&ISOK,0);  
    return 0;
}
 
void InterlockedTest()
{
    int threadId[threadNum];
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        threadId[i]=i+1;
    }
    cout<<"1：用Interlocked系列函数实现线程同步"<<endl;
    for(int i=0;i<10;i++){ 
        hThread[i]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Interlocked,threadId+i, 0, NULL);  
    }
    WaitForMultipleObjects(threadNum, hThread, TRUE, INFINITE);   
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        CloseHandle(hThread[i]);
    } 
}

InterlockedExchange确保以原子的方式操作数据。执行速度非常快，缺点是如果要同步的部分执行的时间比较长的话，while循环会一直轮询操作，浪费CPU的时间，在单核CPU的系统中，可能会出现while一直暂用CPU导致其他线程不能修改ISOK的值，导致不能跳出while循环，出现死循环。还有就是线程的优先级问题也能导致问题。

2：用CRITICAL_SECTION及其系列函数实现线程同步实例如下：

//关键段 
#include <iostream> 
using namespace std;  
#include <process.h>
#include <windows.h> 
const int threadNum=10;
HANDLE hThread[threadNum]; 
CRITICAL_SECTION g_cs;//构造一个CRITICAL_SECTION实例
unsigned int _stdcall  CriticalSection(PVOID threadId)
{ 
    EnterCriticalSection(&g_cs);//进入关键段
    cout<<"线程："<<*(int*)threadId<<"开始"<<endl; 
    Sleep(100);
    cout<<"线程："<<*(int*)threadId<<"结束"<<endl; 
    LeaveCriticalSection(&g_cs);//进入关键段 
    return 0;
}


void CriticalSectionTest()
{
    int threadId[threadNum];
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        threadId[i]=i+1;
    }
    InitializeCriticalSection(&g_cs);//初始化g_cs的成员 
    cout<<"2：用CRITICAL_SECTION及其系列函数实现线程同步"<<endl;
    for(int i=0;i<10;i++){ 
        hThread[i]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, CriticalSection,threadId+i, 0, NULL);  
    }
    WaitForMultipleObjects(threadNum, hThread, TRUE, INFINITE);   
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        CloseHandle(hThread[i]);
    } 
    DeleteCriticalSection(&g_cs);//删除关键段
}

CRITICAL_SECTION同样是以原子的方式操作数据，也只有以原子的方式操作数据才能实现线程的同步，所有实现线程同步的方法，最核心的部分就是以原子的方式操作数据，CRITICAL_SECTION执行的速度非常快，其内部有一个事件内核对象，当出现资源争夺的时候，才会出现初始化这个事件内核对象，由于CRITICAL_SECTION执行非常快可能不会出现资源争夺，也就没有必要创建这个事件内核对象，这个事件内核对象创建后，会将当前线程之外的线程挂起，并记录这些线程需要这个资源，其他线程就不会浪费CPU的时间，而这些被挂起的线程将由用户模式变成内核模式，当这些线程需要的资源可用时，系统会将其中一个线程唤醒。

还有一点值得注意：如果要同步的代码执行得很快，在出现争夺资源的时候，系统把其他线程挂起，而当前线程又马上执行完成了，系统又将挂起的线程唤醒，这个过程是非常浪费CPU的，也影响程序的性能，为了避免这种情况，可以结合旋转锁和CRITICAL_SECTION，先用旋转锁轮询一定次数，还不能获得资源，再将线程挂起，等待资源被释放，系统再将线程唤醒，实现这一功能的就是方法

InitializeCriticalSectionAndSpinCount(

LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection,

DWORD dwSpinCount//旋转锁轮询的次数

);

除了初始化CRITICAL_SECTION用的是方法InitializeCriticalSectionAndSpinCount，而不是方法InitializeCriticalSection，其他的都是一样的。

3：用RTL_SRWLOCK及其系列函数实现线程同步实例如下：

//读写锁 
#include <iostream> 
using namespace std;  
#include <process.h>
#include <windows.h> 
const int threadNum=10;
HANDLE hThread[threadNum]; 
RTL_SRWLOCK  lock;//构造一个CRITICAL_SECTION实例
unsigned int _stdcall  SrwLock(PVOID threadId)
{ 
    AcquireSRWLockExclusive(&lock);//进入读写锁
    cout<<"线程："<<*(int*)threadId<<"开始"<<endl; 
    Sleep(100);
    cout<<"线程："<<*(int*)threadId<<"结束"<<endl; 
    ReleaseSRWLockExclusive(&lock);//进入读写锁
    return 0;
}
 
void SrwLockTest()
{
    int threadId[threadNum];
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        threadId[i]=i+1;
    }
    InitializeSRWLock(&lock);//初始化lock的成员 
    cout<<"3：用RTL_SRWLOCK及其系列函数实现线程同步"<<endl;
    for(int i=0;i<10;i++){ 
        hThread[i]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, SrwLock,threadId+i, 0, NULL);  
    }
    WaitForMultipleObjects(threadNum, hThread, TRUE, INFINITE);   
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        CloseHandle(hThread[i]);
    } 
     
}

SRWLock的目的和关键段是一样的，就是对资源的保护，不让其他线程访问。不同的是，它区分线程是读线程还是写线程。我们都是知道，一个资源可以同时被多个线程同时读，就是不能同时读，或是读写。也是是说写必须是独占的方式，而读可以以共享的方式访问，如果以共享的方式访问肯定就比CRITICAL_SECTION性能好。

4：用事件内核对象实现线程同步实例如下：

//事件
#include <iostream> 
using namespace std;  
#include <process.h>
#include <windows.h> 
const int threadNum=10;
HANDLE hThread[threadNum];
HANDLE event1; 

unsigned int _stdcall  Event(PVOID threadId)
{
    WaitForSingleObject(event1,INFINITE);
    int* p=(int*)threadId;
    cout<<"线程："<<*p<<"开始"<<endl; 
    Sleep(100);
    cout<<"线程："<<*p<<"结束"<<endl;  
    SetEvent(event1);
    return 1;
}

void EventTest()
{
    int threadId[threadNum];
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        threadId[i]=i+1;
    }
    event1=CreateEvent(NULL,false,true,NULL); 
    cout<<"4：用事件内核对象实现线程同步"<<endl;     
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        hThread[i] =(HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Event ,threadId+i, 0, NULL);  
    }
    WaitForMultipleObjects(threadNum, hThread, TRUE, INFINITE);  
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        CloseHandle(hThread[i]);
    } 
    CloseHandle(event1);
}

用内核对象实现线程同步，一个函数是必须知道的，它就是WaitForSingleObject。

DWORD WaitForSingleObject(

HANDLE hHandle,//内核对象的句柄

DWORD dwMilliseconds//等待时间

);

该函数会一直等待，直到被指定的内核对象被触发为止，或是等待的时间结束返回。

CreateEvent(

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,//安全控制

BOOL bManualReset,//true：手动重置事件，false：自动重置事件

BOOL bInitialState,//true：有信号，false：无信号

LPCWSTR lpName//事件名称

);

bManualReset为true表示事件触发了并一直处于触发状态，就像打开的门，打开之后就是一直开着，没有自动关上；false：一打开放一个进去进关了，需要用SetEvent再次触发事件。

5：用信号量内核对象实现线程同步实例如下：

//信号量
#include <iostream> 
using namespace std;  
#include <process.h>
#include <windows.h> 
const int threadNum=10;
HANDLE hThread[threadNum];
HANDLE semaphore; 
unsigned int _stdcall  Semaphore(PVOID threadId)
{
    WaitForSingleObject(semaphore, INFINITE);  
    cout<<"线程："<<*(int*)threadId<<"开始"<<endl; 
    Sleep(100);
    cout<<"线程："<<*(int*)threadId<<"结束"<<endl; 
    ReleaseSemaphore(semaphore,1,NULL); 
    return 0;
}
 
void SemaphoreTest()
{
    int threadId[threadNum];
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        threadId[i]=i+1;
    }
    semaphore=CreateSemaphore(NULL,1,1,NULL);
    cout<<"5：用信号量内核对象实现线程同步"<<endl;
    for(int i=0;i<10;i++){ 
        hThread[i]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Semaphore,threadId+i, 0, NULL);  
    }
    WaitForMultipleObjects(threadNum, hThread, TRUE, INFINITE);   
    for(int i=0;i<threadNum;i++)
    {
        CloseHandle(hThread[i]);
    }
    CloseHandle(semaphore);
}