visual c++线程同步技术剖析.txt

本人收集的面试题：包含通信原理

　AfxMessageBox(sResult);
} 

　　在创建线程前，首先创建一个可以自动复位的事件内核对象hEvent，而线程函数则通过WaitForSingleObject（）等待函数无限等待hEvent的置位，只有在事件置位时WaitForSingleObject（）才会返回，被保护的代码将得以执行。对于以自动复位方式创建的事件对象，在其置位后一被WaitForSingleObject（）等待到就会立即复位，也就是说在执行ThreadProc12（）中的受保护代码时，事件对象已经是复位状态的，这时即使有ThreadProc13（）对CPU的抢占，也会由于WaitForSingleObject（）没有hEvent的置位而不能继续执行，也就没有可能破坏受保护的共享资源。在ThreadProc12（）中的处理完成后可以通过SetEvent（）对hEvent的置位而允许ThreadProc13（）对共享资源g_cArray的处理。这里SetEvent（）所起的作用可以看作是对某项特定任务完成的通知。

　　使用临界区只能同步同一进程中的线程，而使用事件内核对象则可以对进程外的线程进行同步，其前提是得到对此事件对象的访问权。可以通过OpenEvent（）函数获取得到，其函数原型为：

HANDLE OpenEvent(
　DWORD dwDesiredAccess, // 访问标志
　BOOL bInheritHandle, // 继承标志
　LPCTSTR lpName // 指向事件对象名的指针
); 

　　如果事件对象已创建（在创建事件时需要指定事件名），函数将返回指定事件的句柄。对于那些在创建事件时没有指定事件名的事件内核对象，可以通过使用内核对象的继承性或是调用DuplicateHandle（）函数来调用CreateEvent（）以获得对指定事件对象的访问权。在获取到访问权后所进行的同步操作与在同一个进程中所进行的线程同步操作是一样的。

　　如果需要在一个线程中等待多个事件，则用WaitForMultipleObjects（）来等待。WaitForMultipleObjects（）与WaitForSingleObject（）类似，同时监视位于句柄数组中的所有句柄。这些被监视对象的句柄享有平等的优先权，任何一个句柄都不可能比其他句柄具有更高的优先权。WaitForMultipleObjects（）的函数原型为：

DWORD WaitForMultipleObjects(
　DWORD nCount, // 等待句柄数
　CONST HANDLE *lpHandles, // 句柄数组首地址
　BOOL fWaitAll, // 等待标志
　DWORD dwMilliseconds // 等待时间间隔
); 

　　参数nCount指定了要等待的内核对象的数目，存放这些内核对象的数组由lpHandles来指向。fWaitAll对指定的这nCount个内核对象的两种等待方式进行了指定，为TRUE时当所有对象都被通知时函数才会返回，为FALSE则只要其中任何一个得到通知就可以返回。dwMilliseconds在这里的作用与在WaitForSingleObject（）中的作用是完全一致的。如果等待超时，函数将返回WAIT_TIMEOUT。如果返回WAIT_OBJECT_0到WAIT_OBJECT_0+nCount-1中的某个值，则说明所有指定对象的状态均为已通知状态（当fWaitAll为TRUE时）或是用以减去WAIT_OBJECT_0而得到发生通知的对象的索引（当fWaitAll为FALSE时）。如果返回值在WAIT_ABANDONED_0与WAIT_ABANDONED_0+nCount-1之间，则表示所有指定对象的状态均为已通知，且其中至少有一个对象是被丢弃的互斥对象（当fWaitAll为TRUE时），或是用以减去WAIT_OBJECT_0表示一个等待正常结束的互斥对象的索引（当fWaitAll为FALSE时）。 下面给出的代码主要展示了对WaitForMultipleObjects（）函数的使用。通过对两个事件内核对象的等待来控制线程任务的执行与中途退出：

// 存放事件句柄的数组
HANDLE hEvents[2];
UINT ThreadProc14(LPVOID pParam)
{ 
　// 等待开启事件
　DWORD dwRet1 = WaitForMultipleObjects(2, hEvents, FALSE, INFINITE);
　// 如果开启事件到达则线程开始执行任务
　if (dwRet1 == WAIT_OBJECT_0)
　{
　　AfxMessageBox("线程开始工作!");
　　while (true)
　　{
　　　for (int i = 0; i < 10000; i++);
　　　// 在任务处理过程中等待结束事件 
　　　DWORD dwRet2 = WaitForMultipleObjects(2, hEvents, FALSE, 0);
　　　// 如果结束事件置位则立即终止任务的执行
　　　if (dwRet2 == WAIT_OBJECT_0 + 1)
　　　　break;
　　}
　}
　AfxMessageBox("线程退出!");
　return 0;
}
……
void CSample08View::OnStartEvent() 
{
　// 创建线程
　for (int i = 0; i < 2; i++)
　　hEvents[i] = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL);
　　// 开启线程
　　AfxBeginThread(ThreadProc14, NULL);
　　// 设置事件0(开启事件)
　　SetEvent(hEvents[0]);
}
void CSample08View::OnEndevent() 
{
　// 设置事件1(结束事件)
　SetEvent(hEvents[1]);
} 

　　MFC为事件相关处理也提供了一个CEvent类，共包含有除构造函数外的4个成员函数PulseEvent（）、ResetEvent（）、SetEvent（）和UnLock（）。在功能上分别相当与Win32 API的PulseEvent（）、ResetEvent（）、SetEvent（）和CloseHandle（）等函数。而构造函数则履行了原CreateEvent（）函数创建事件对象的职责，其函数原型为：

CEvent(BOOL bInitiallyOwn = FALSE, BOOL bManualReset = FALSE, LPCTSTR lpszName = NULL, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaAttribute = NULL ); 

　　按照此缺省设置将创建一个自动复位、初始状态为复位状态的没有名字的事件对象。封装后的CEvent类使用起来更加方便，图2即展示了CEvent类对A、B两线程的同步过程：


图2 CEvent类对线程的同步过程示意

　　B线程在执行到CEvent类成员函数Lock（）时将会发生阻塞，而A线程此时则可以在没有B线程干扰的情况下对共享资源进行处理，并在处理完成后通过成员函数SetEvent（）向B发出事件，使其被释放，得以对A先前已处理完毕的共享资源进行操作。可见，使用CEvent类对线程的同步方法与通过API函数进行线程同步的处理方法是基本一致的。前面的API处理代码可用CEvent类将其改写为：

// MFC事件类对象
CEvent g_clsEvent;
UINT ThreadProc22(LPVOID pParam)
{
　// 对共享资源进行写入操作
　for (int i = 0; i < 10; i++)
　{
　　g_cArray[i] = 'a';
　　Sleep(1);
　}
　// 事件置位
　g_clsEvent.SetEvent();
　return 0;
}
UINT ThreadProc23(LPVOID pParam)
{
　// 等待事件
　g_clsEvent.Lock();
　// 对共享资源进行写入操作
　for (int i = 0; i < 10; i++)
　{
　　g_cArray[10 - i - 1] = 'b';
　　Sleep(1);
　}
　return 0;
}
……
void CSample08View::OnEventMfc() 
{
　// 启动线程
　AfxBeginThread(ThreadProc22, NULL);
　AfxBeginThread(ThreadProc23, NULL);
　// 等待计算完毕
　Sleep(300);
　// 报告计算结果
　CString sResult = CString(g_cArray);
　AfxMessageBox(sResult);
} 

信号量内核对象

　　信号量（Semaphore）内核对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。在用CreateSemaphore（）创建信号量时即要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。一般是将当前可用资源计数设置为最大资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问，当前可用资源计数就会减1，只要当前可用资源计数是大于0的，就可以发出信号量信号。但是当前可用计数减小到0时则说明当前占用资源的线程数已经达到了所允许的最大数目，不能在允许其他线程的进入，此时的信号量信号将无法发出。线程在处理完共享资源后，应在离开的同时通过ReleaseSemaphore（）函数将当前可用资源计数加1。在任何时候当前可用资源计数决不可能大于最大资源计数。


图3 使用信号量对象控制资源

　　下面结合图例3来演示信号量对象对资源的控制。在图3中，以箭头和白色箭头表示共享资源所允许的最大资源计数和当前可用资源计数。初始如图（a）所示，最大资源计数和当前可用资源计数均为4，此后每增加一个对资源进行访问的线程（用黑色箭头表示）当前资源计数就会相应减1，图（b）即表示的在3个线程对共享资源进行访问时的状态。当进入线程数达到4个时，将如图（c）所示，此时已达到最大资源计数，而当前可用资源计数也已减到0，其他线程无法对共享资源进行访问。在当前占有资源的线程处理完毕而退出后，将会释放出空间，图（d）已有两个线程退出对资源的占有，当前可用计数为2，可以再允许2个线程进入到对资源的处理。可以看出，信号量是通过计数来对线程访问资源进行控制的，而实际上信号量确实也被称作Dijkstra计数器。

　　使用信号量内核对象进行线程同步主要会用到CreateSemaphore（）、OpenSemaphore（）、ReleaseSemaphore（）、WaitForSingleObject（）和WaitForMultipleObjects（）等函数。其中，CreateSemaphore（）用来创建一个信号量内核对象，其函数原型为：

HANDLE CreateSemaphore(
　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes, // 安全属性指针
　LONG lInitialCount, // 初始计数
　LONG lMaximumCount, // 最大计数
　LPCTSTR lpName // 对象名指针
);  

　　参数lMaximumCount是一个有符号32位值，定义了允许的最大资源计数，最大取值不能超过4294967295。lpName参数可以为创建的信号量定义一个名字，由于其创建的是一个内核对象，因此在其他进程中可以通过该名字而得到此信号量。OpenSemaphore（）函数即可用来根据信号量名打开在其他进程中创建的信号量，函数原型如下：

HANDLE OpenSemaphore(
　DWORD dwDesiredAccess, // 访问标志
　BOOL bInheritHandle, // 继承标志
　LPCTSTR lpName // 信号量名
); 

　　在线程离开对共享资源的处理时，必须通过ReleaseSemaphore（）来增加当前可用资源计数。否则将会出现当前正在处理共享资源的实际线程数并没有达到要限制的数值，而其他线程却因为当前可用资源计数为0而仍无法进入的情况。ReleaseSemaphore（）的函数原型为：

BOOL ReleaseSemaphore(
　HANDLE hSemaphore, // 信号量句柄
　LONG lReleaseCount, // 计数递增数量
　LPLONG lpPreviousCount // 先前计数
); 

　　该函数将lReleaseCount中的值添加给信号量的当前资源计数，一般将lReleaseCount设置为1，如果需要也可以设置其他的值。WaitForSingleObject（）和WaitForMultipleObjects（）主要用在试图进入共享资源的线程函数入口处，主要用来判断信号量的当前可用资源计数是否允许本线程的进入。只有在当前可用资源计数值大于0时，被监视的信号量内核对象才会得到通知。

　　信号量的使用特点使其更适用于对Socket（套接字）程序中线程的同步。例如，网络上的HTTP服务器要对同一时间内访问同一页面的用户数加以限制，这时可以为没一个用户对服务器的页面请求设置一个线程，而页面则是待保护的共享资源，通过使用信号量对线程的同步作用可以确保在任一时刻无论有多少用户对某一页面进行访问，只有不大于设定的最大用户数目的线程能够进行访问，而其他的访问企图则被挂起，只有在有用户退出对此页面的访问后才有可能进入。下面给出的示例代码即展示了类似的处理过程：

// 信号量对象句柄
HANDLE hSemaphore;
UINT ThreadProc15(LPVOID pParam)
{ 
　// 试图进入信号量关口
　WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);
　// 线程任务处理
　AfxMessageBox("线程一正在执行!");
　// 释放信号量计数
　ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL);
　return 0;
}
UINT ThreadProc16(LPVOID pParam)
{ 
　// 试图进入信号量关口
　WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);
　// 线程任务处理
　AfxMessageBox("线程二正在执行!");
　// 释放信号量计数
　ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL);
　return 0;
}
UINT ThreadProc17(LPVOID pParam)
{ 
　// 试图进入信号量关口
　WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);
　// 线程任务处理
　AfxMessageBox("线程三正在执行!");
　// 释放信号量计数
　ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL);
　return 0;
}
……
void CSample08View::OnSemaphore() 
{
　// 创建信号量对象
　hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 2, 2, NULL);
　// 开启线程