C++中多线程的四种控制方法
四种进程或线程同步互斥的控制方法
1、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。
2、互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。
3、信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。
4、事 件:用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。
临界区（Critical Section）
保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。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。
临界区包含两个操作原语：
EnterCriticalSection（） 进入临界区
LeaveCriticalSection（） 离开临界区
EnterCriticalSection（）语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么，必须确保与之匹配的 LeaveCriticalSection（）都能够被执行到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快，但却只能用来同步本 进程内的线程，而不可用来同步多个进程中的线程。
MFC提供了很多功能完备的类，我用MFC实现了临界区。MFC为临界区提供有一个 CCriticalSection类，使用该类进行线程同步处理是非常简单的。只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数 Lock（）和UnLock（）标定出被保护代码片段即可。Lock（）后代码用到的资源自动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访 问这些资源。
互斥量（Mutex）
互斥量跟临界区很相 似，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限，由于互斥对象只有一个，因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的 线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。互斥量比临界区复杂。因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实 现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。
互斥量包含的几个操作原语：
CreateMutex（） 创建一个互斥量
OpenMutex（） 打开一个互斥量
ReleaseMutex（） 释放互斥量
WaitForMultipleObjects（） 等待互斥量对象
同样MFC为互斥量提供有一个CMutex类。使用CMutex类实现互斥量操作非常简单，但是要特别注意对CMutex的构造函数的调用
CMutex( BOOL bInitiallyOwn = FALSE, LPCTSTR lpszName = NULL, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaAttribute = NULL)
不用的参数不能乱填，乱填会出现一些意想不到的运行结果。
信号量（Semaphores）
信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源，这与操作系统中的PV操作相同。它指出了同时访问共享资源的线程最 大数目。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。
PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。信号量S是一个整数，S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但S小于零时则S的绝对值表示正在等待使用共享资源的进程数。
P操作 申请资源：
（1）S减1；
（2）若S减1后仍大于等于零，则进程继续执行；
（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转入进程调度。
V操作 释放资源：
（1）S加1；
（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；
（3）若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。
信号量包含的几个操作原语：
CreateSemaphore（） 创建一个信号量
OpenSemaphore（） 打开一个信号量
ReleaseSemaphore（） 释放信号量
WaitForSingleObject（） 等待信号量
事件（Event）
事件对象也可以通过通知操作的方式来保持线程的同步。并且可以实现不同进程中的线程同步操作。
信号量包含的几个操作原语：
CreateEvent（） 创建一个信号量
OpenEvent（） 打开一个事件
SetEvent（） 回置事件
WaitForSingleObject（） 等待一个事件
WaitForMultipleObjects（） 等待多个事件
WaitForMultipleObjects 函数原型：
WaitForMultipleObjects（
IN DWORD nCount, // 等待句柄数
IN CONST HANDLE *lpHandles, //指向句柄数组
IN BOOL bWaitAll, //是否完全等待标志
IN DWORD dwMilliseconds //等待时间
）
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。
总结：
1． 互斥量与临界区的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使用。所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使 用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建，就可以通过名字打开它。
2． 互斥量（Mutex），信号灯（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作，而其他的对象与数据同步操作无关，但 对于进程和线程来讲，如果进程和线程在运行状态则为无信号状态，在退出后为有信号状态。所以可以使用WaitForSingleObject来等待进程和 线程退出。
3． 通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用，但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理，比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统，可以根 据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作，这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求，信号灯对象可以说是一种资源计数 器。
// test_mulThread.cpp : Defines the entry point for the console application.
//
#include "stdafx.h"
/*#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter);//thread data
DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter);//thread data
int index=0;
volatile int tickets=10;
HANDLE hMutex;
void main()
{
HANDLE hThread1;
HANDLE hThread2;
//创建线程
//创建互斥对象
hMutex=CreateMutex(NULL,TRUE,"tickets");
//hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,"tickets");
if (hMutex)
{
if (ERROR_ALREADY_EXISTS==GetLastError())
{
cout<<"only one instance can run!"<<endl;
return;
}
}
hThread1=CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);
hThread2=CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
ReleaseMutex(hMutex);
CloseHandle(hThread1);
CloseHandle(hThread2);
ReleaseMutex(hMutex);
Sleep(2000);
CloseHandle(hMutex);
}
//线程1的入口函数
DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter)//thread data
{
while (true)
{
//ReleaseMutex(hMutex);
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
if (tickets>0)
{
Sleep(0);
cout<<"thread1 sell ticket :"<<tickets--<<endl;
}
else
break;
ReleaseMutex(hMutex);
}
ReleaseMutex(hMutex);
return 0;
}
//线程2的入口函数
DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter)//thread data
{
while (true)
{
//ReleaseMutex(hMutex);
WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);
if (tickets>0)
{
Sleep(0);
cout<<"thread2 sell ticket :"<<tickets--<<endl;
}
else
break;
ReleaseMutex(hMutex);
}
ReleaseMutex(hMutex);
return 0;
}
*/
//上面的例子是基于互斥对象的，这个是基于事件对象的
/*#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter);//thread data
DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter);//thread data
int tickets=100;
HANDLE g_hEvent;
void main()
{
HANDLE hThread1;
HANDLE hThread2;
//创建人工重置事件内核对象
g_hEvent=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,"tickets");
if (g_hEvent)
{
if (ERROR_ALREADY_EXISTS==GetLastError())
{
cout<<"only one instance can run!"<<endl;
return;
}
}
SetEvent(g_hEvent);
//创建线程
hThread1=CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);
hThread2=CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);
CloseHandle(hThread1);
CloseHandle(hThread2);
//让主线程睡眠4秒
Sleep(4000);
//关闭事件对象句柄
CloseHandle(g_hEvent);
}
//线程1的入口函数
DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter)//thread data
{
while (true)
{
WaitForSingleObject(g_hEvent,INFINITE);
//ResetEvent(g_hEvent);
if (tickets>0)
{
Sleep(1);
cout<<"thread1 sell ticket :"<<tickets--<<endl;
SetEvent(g_hEvent);
}
else
{
SetEvent(g_hEvent);
break;
}
}
return 0;
}
//线程2的入口函数
DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter)//thread data
{
while (true)
{
//请求事件对象
WaitForSingleObject(g_hEvent,INFINITE);
//ResetEvent(g_hEvent);
if (tickets>0)
{
Sleep(1);
cout<<"thread2 sell ticket :"<<tickets--<<endl;
SetEvent(g_hEvent);
}
else
{
SetEvent(g_hEvent);
break;
}
}
return 0;
}
*/
//临界区
/*#include <Windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
CRITICAL_SECTION g_sec;
int ticket=10;
const int ThreadNum = 2;
DWORD WINAPI FunPro1(void *)
{
while(1)
{
if(ticket>0)
{
EnterCriticalSection(&g_sec);
cout<<"Pro1:"<<ticket--<<endl;
LeaveCriticalSection(&g_sec);
}
else break;
}
return 0;
}
DWORD WINAPI FunPro2(void *)
{
while(1)
{
if(ticket>0)
{
EnterCriticalSection(&g_sec);
cout<<"Pro2:"<<ticket--<<endl;
LeaveCriticalSection(&g_sec);
}
else break;
}
return 0;
}
void main ()
{
InitializeCriticalSection(&g_sec);
HANDLE hThread[ThreadNum];
hThread[0] = CreateThread(NULL, 0, FunPro1, NULL, 0, NULL);
hThread[1] = CreateThread(NULL, 0, FunPro2, NULL, 0, NULL);
Sleep(2000);
DeleteCriticalSection(&g_sec);
CloseHandle(hThread[0]);
CloseHandle(hThread[1]);
}
*/
//semaphore
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#define MAX_SEM_COUNT 10
#define THREADCOUNT 12
HANDLE ghSemaphore;
DWORD WINAPI ThreadProc( LPVOID );
int main( void )
{
HANDLE aThread[THREADCOUNT];
DWORD ThreadID;
int i;
// Create a semaphore with initial and max counts of MAX_SEM_COUNT
ghSemaphore = CreateSemaphore(
NULL, // default security attributes
MAX_SEM_COUNT, // initial count
MAX_SEM_COUNT, // maximum count
NULL); // unnamed semaphore
if (ghSemaphore == NULL)
{
printf("CreateSemaphore error: %d\n", GetLastError());
return 1;
}
// Create worker threads
for( i=0; i < THREADCOUNT; i++ )
{
aThread[i] = CreateThread(
NULL, // default security attributes
0, // default stack size
(LPTHREAD_START_ROUTINE) ThreadProc,
NULL, // no thread function arguments
0, // default creation flags
&ThreadID); // receive thread identifier
if( aThread[i] == NULL )
{
printf("CreateThread error: %d\n", GetLastError());
return 1;
}
}
// Wait for all threads to terminate
WaitForMultipleObjects(THREADCOUNT, aThread, TRUE, INFINITE);
// Close thread and semaphore handles
Sleep(1000);
for( i=0; i < THREADCOUNT; i++ )
CloseHandle(aThread[i]);
CloseHandle(ghSemaphore);
return 0;
}
DWORD WINAPI ThreadProc( LPVOID lpParam )
{
// lpParam not used in this example
UNREFERENCED_PARAMETER(lpParam);
DWORD dwWaitResult;
BOOL bContinue=TRUE;
while(bContinue)
{
// Try to enter the semaphore gate.
dwWaitResult = WaitForSingleObject(
ghSemaphore, // handle to semaphore
0L); // zero-second time-out interval
switch (dwWaitResult)
{
// The semaphore object was signaled.
case WAIT_OBJECT_0:
// TODO: Perform task
printf("Thread %d: wait succeeded\n", GetCurrentThreadId());
bContinue=FALSE;
// Simulate thread spending time on task
Sleep(5);
// Release the semaphore when task is finished
if (!ReleaseSemaphore(
ghSemaphore, // handle to semaphore
1, // increase count by one
NULL) ) // not interested in previous count
{
printf("ReleaseSemaphore error: %d\n", GetLastError());
}
break;
// The semaphore was nonsignaled, so a time-out occurred.
case WAIT_TIMEOUT:
printf("Thread %d: wait timed out\n", GetCurrentThreadId());
break;
}
}
return TRUE;
}