C++同步技术——Mutex相关 （转）

进程的互斥运行

　　正常情况下，一个进程的运行一般是不会影响到其他正在运行的进程的。但是对于某些有特殊要求的如以独占方式使用串行口等硬件设备的程序就要求在其进程运行期间不允许其他试图使用此端口设备的程序运行的，而且此类程序通常也不允许运行同一个程序的多个实例。这就引出了进程互斥的问题。

　　实现进程互斥的核心思想比较简单：进程在启动时首先检查当前系统是否已经存在有此进程的实例，如果没有，进程将成功创建并设置标识实例已经存在的标记。此后再创建进程时将会通过该标记而知晓其实例已经存在，从而保证进程在系统中只能存在一个实例。具体可以采取内存映射文件、有名事件量、有名互斥量以及全局共享变量等多种方法来实现。

      以互斥内核对象来保持线程同步可能用到的函数主要有CreateMutex（）、OpenMutex（）、ReleaseMutex（）、WaitForSingleObject（）和WaitForMultipleObjects（）等。在使用互斥对象前，首先要通过CreateMutex（）或OpenMutex（）创建或打开一个互斥对象。

// 创建互斥量
HANDLE m_hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "Sample07");
// 检查错误代码
if (GetLastError() == ERROR_ALREADY_EXISTS) {
　// 如果已有互斥量存在则释放句柄并复位互斥量
　CloseHandle(m_hMutex);
　m_hMutex = NULL;
　// 程序退出
　return FALSE;
}

　　上面这段代码演示了有名互斥量在进程互斥中的用法。代码的核心是CreateMutex（）对有名互斥量的创建。CreateMutex（）函数可用来创建一个有名或无名的互斥量对象，其函数原型为：

HANDLE CreateMutex(
　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, // 指向安全属性的指针
　BOOL bInitialOwner, // 初始化互斥对象的所有者
　LPCTSTR lpName // 指向互斥对象名的指针
);

　　如果函数成功执行，将返回一个互斥量对象的句柄。如果在CreateMutex（）执行前已经存在有相同名字的互斥量，函数将返回这个已经存在互斥量的句柄，并且可以通过GetLastError（）得到错误代码ERROR_ALREADY_EXIST。可见，通过对错误代码ERROR_ALREADY_EXIST的检测可以实现CreateMutex（）对进程的互斥。

        建立互斥体，用来同步。如果一个线程获取了互斥体，则要获取该互斥体的第二个线程将被挂起，直到第一个线程释放该互斥体。    

     参数 
lpMutexAttributes 
指向一个SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针，这个结构决定互斥体句柄是否被子进程继承。     
bInitialOwner 
布尔类型，决定互斥体的创建者是否为拥有者 
lpName 
指向互斥体名字字符串的指针。互斥体可以有名字。 
互斥体的好处是可以在进程间共享

　　参数bInitialOwner主要用来控制互斥对象的初始状态。一般多将其设置为FALSE，以表明互斥对象在创建时并没有为任何线程所占有。如果在创建互斥对象时指定了对象名，那么可以在本进程其他地方或是在其他进程通过OpenMutex（）函数得到此互斥对象的句柄。OpenMutex（）函数原型为：

HANDLE OpenMutex(
　DWORD dwDesiredAccess, // 访问标志
　BOOL bInheritHandle, // 继承标志
　LPCTSTR lpName // 互斥对象名
);

 

获得互斥对象

DWORD WaitForSingleObject(  HANDLE hHandle，//互斥对象的句柄  DWORD dwMilliseconds//Time-out interval, in milliseconds.
//The function returns if the interval elapses,
//even if the object's state is nonsignaled.
//If dwMilliseconds is zero, the function tests the object's state and returns immediately.
//If dwMilliseconds is INFINITE, the function's time-out interval never elapses. );
如果第二个参数是0，则是测试对象的状态后立即返回

如果是INFINITE,则一直测试对象状态直到接受到信号

　　当目前对资源具有访问权的线程不再需要访问此资源而要离开时，必须通过ReleaseMutex（）函数来释放其拥有的互斥对象，其函数原型为：

BOOL ReleaseMutex(HANDLE hMutex);

　　其唯一的参数hMutex为待释放的互斥对象句柄。

至于WaitForSingleObject（）和WaitForMultipleObjects（）等待函数在互斥对象保持线程同步中所起的作用与在其他内核对象中的作用是基本一致的，也是等待互斥内核对象的通知。但是这里需要特别指出的是：在互斥对象通知引起调用等待函数返回时，等待函数的返回值不再是通常的WAIT_OBJECT_0（对于WaitForSingleObject（）函数）或是在WAIT_OBJECT_0到WAIT_OBJECT_0+nCount-1之间的一个值（对于WaitForMultipleObjects（）函数），而是将返回一个WAIT_ABANDONED_0（对于WaitForSingleObject（）函数）或是在WAIT_ABANDONED_0到WAIT_ABANDONED_0+nCount-1之间的一个值（对于WaitForMultipleObjects（）函数）。以此来表明线程正在等待的互斥对象由另外一个线程所拥有，而此线程却在使用完共享资源前就已经终止。除此之外，使用互斥对象的方法在等待线程的可调度性上同使用其他几种内核对象的方法也有所不同，其他内核对象在没有得到通知时，受调用等待函数的作用，线程将会挂起，同时失去可调度性，而使用互斥的方法却可以在等待的同时仍具有可调度性，这也正是互斥对象所能完成的非常规操作之一。

　　在编写程序时，互斥对象多用在对那些为多个线程所访问的内存块的保护上，可以确保任何线程在处理此内存块时都对其拥有可靠的独占访问权。下面给出的示例代码即通过互斥内核对象hMutex对共享内存快g_cArray[]进行线程的独占访问保护。下面给出实现代码清单：

// 互斥对象
HANDLE hMutex = NULL;
char g_cArray[10];
UINT ThreadProc18(LPVOID pParam)
{
　// 等待互斥对象通知
　WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
　// 对共享资源进行写入操作
　for (int i = 0; i < 10; i++)
　{
　　g_cArray[i] = 'a';
　　Sleep(1);
　}
　// 释放互斥对象
　ReleaseMutex(hMutex);
　return 0;
}
UINT ThreadProc19(LPVOID pParam)
{
　// 等待互斥对象通知
　WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
　// 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);
　}
　// 释放互斥对象
　ReleaseMutex(hMutex);
　return 0;
}
……
void CSample08View::OnMutex() 
{
　// 创建互斥对象
　hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);
　// 启动线程
　AfxBeginThread(ThreadProc18, NULL);
　AfxBeginThread(ThreadProc19, NULL);
　// 等待计算完毕
　Sleep(300);
　// 报告计算结果
　CString sResult = CString(g_cArray);
　AfxMessageBox(sResult);
}

　　互斥对象在MFC中通过CMutex类进行表述。使用CMutex类的方法非常简单，在构造CMutex类对象的同时可以指明待查询的互斥对象的名字，在构造函数返回后即可访问此互斥变量。CMutex类也是只含有构造函数这唯一的成员函数，当完成对互斥对象保护资源的访问后，可通过调用从父类CSyncObject继承的UnLock（）函数完成对互斥对象的释放。CMutex类构造函数原型为：

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

　　该类的适用范围和实现原理与API方式创建的互斥内核对象是完全类似的，但要简洁的多，下面给出就是对前面的示例代码经CMutex类改写后的程序实现清单：

// MFC互斥类对象
CMutex g_clsMutex(FALSE, NULL);
UINT ThreadProc27(LPVOID pParam)
{
　// 等待互斥对象通知
　g_clsMutex.Lock();
　// 对共享资源进行写入操作
　for (int i = 0; i < 10; i++)
　{
　　g_cArray[i] = 'a';
　　Sleep(1);
　}
　// 释放互斥对象
　g_clsMutex.Unlock();
　return 0;
}
UINT ThreadProc28(LPVOID pParam)
{
　// 等待互斥对象通知
　g_clsMutex.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);
　}
　// 释放互斥对象
　g_clsMutex.Unlock();
　return 0;
}
……
void CSample08View::OnMutexMfc() 
{
　// 启动线程
　AfxBeginThread(ThreadProc27, NULL);
　AfxBeginThread(ThreadProc28, NULL);
　// 等待计算完毕
　Sleep(300);
　// 报告计算结果
　CString sResult = CString(g_cArray);
　AfxMessageBox(sResult);
}

 

 

CreateMutex()、OpenMutex()和CloseHandle()的配对：

HANDLE hMutex = CreateMutex(..."mymutex"); 

HANDLE hMutex1 = OpenMutex(.."mymutex"); 
CloseHandle(hMutex1); 

CloseHandle(hMutex);