windows平台多线程同步之Mutex的应用

来源：互联网发布：淘宝鞋子质量好的店铺编辑：程序博客网时间：2024/05/17 12:03

**windows平台多线程同步之Mutex的应用**———————-- **前言****线程组成**：1. 线程的内核对象，操作系统用来管理该线程的数据结构。2. 线程堆栈，它用于维护线程在执行代码时需要的所有参数和局部变量。操作系统为每一个运行线程安排一定的CPU时间 —— **时间片**。系统通过一种循环的方式为线程提供时间片，线程在自己的时间内运行，多个线程不断地切换运行，因时间片相当短，因此，给用户的感觉，就好像线程是同时运行的一样。单cpu计算机一个时间只能运行一个线程，如果计算机拥有多个CPU，线程就能真正意义上同时运行了。 windows平台下，创建线程可以使用windows api 函数CreateThread来实现,函数声明是：

WINBASEAPIHANDLEWINAPICreateThread(    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,    DWORD dwStackSize,    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,    LPVOID lpParameter,    DWORD dwCreationFlags,    LPDWORD lpThreadId    );

参数说明： lpThreadAttributes 线程安全性，使用缺省安全性,一般缺省null dwStackSize 堆栈大小，0为缺省大小 lpStartAddress 线程要执行的函数指针，即入口函数 lpParameter 线程参数 dwCreationFlags 线程标记，如为0，则创建后立即运行 lpThreadId LPDWORD为返回值类型，一般传递地址去接收线程的标识符，一般设为null 因为要使用windows api函数,所以包含：

#include <windows.h>

另外需要标准输入输出函数，所以包含：

#include <iostream.h>

- 问题引出以多个售票窗口卖同一张火车票为例，定义一个全局的票数tickets，用两个线程来执行卖票，两个线程访问同一个变量tickets，先看一个不正确的写法：

//问题程序#include <windows.h>#include <iostream.h>DWORD WINAPI Fun1Proc(  LPVOID lpParameter   );DWORD WINAPI Fun2Proc(  LPVOID lpParameter   );int tickets=100;void main(){    HANDLE hThread1;    HANDLE hThread2;    hThread1=CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);    hThread2=CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);    CloseHandle(hThread1);    CloseHandle(hThread2);    system("pause");}DWORD WINAPI Fun1Proc(  LPVOID lpParameter   ){    while(TRUE)    {        if(tickets>0)        {            Sleep(1);//假定为卖票需要花费的时间            cout<<"thread1 sell ticket : "<<tickets--<<endl;        }        else            break;      }    return 0;}DWORD WINAPI Fun2Proc(  LPVOID lpParameter   // thread data){       while(TRUE)    {        if(tickets>0)        {            Sleep(1);            cout<<"thread2 sell ticket : "<<tickets--<<endl;        }        else            break;      }    return 0;}

线程中sleep(1);表名该线程放弃执行的权利，操作系统会选择另外的线程进行执行。所以执行结果是：

执行结果

可以看见程序不是按照预期的效果执行的，tickets的改变是混乱的。所以两个线程访问同一块资源时，需要考虑线程同步问题，即其中一个线程操作改资源时，其他线程不能访问该资源，只能等待，该线程执行结束之后，其他线程才能对该资源进行访问。
一般采用互斥对象来实现线程的同步。

互斥对象
特征：
互斥对象(mutex)属于内核对象，它能够确保线程拥有对单个资源的互斥访问权。
互斥对象包含一个使用数量，一个线程ID和一个计数器。
ID用于标识系统中的哪个线程当前拥有互斥对象，计数器用于指明该线程拥有互斥对象的次数。
采用互斥对象进行多线程同步的正确例子如下：

#include <windows.h>#include <iostream.h>DWORD WINAPI Fun1Proc(  LPVOID lpParameter   // thread data);DWORD WINAPI Fun2Proc(  LPVOID lpParameter   // thread data);int index=0;int tickets=100;HANDLE hMutex;void main(){    HANDLE hThread1;    HANDLE hThread2;    hThread1=CreateThread(NULL,0,Fun1Proc,NULL,0,NULL);    hThread2=CreateThread(NULL,0,Fun2Proc,NULL,0,NULL);    CloseHandle(hThread1);    CloseHandle(hThread2);    //创建一个匿名的互斥对象，且为有信号状态，    hMutex=CreateMutex(NULL,FALSE,NULL);    system("pause");}DWORD WINAPI Fun1Proc(  LPVOID lpParameter   // thread data){    while(TRUE)    {        //等待互斥对象的信号，INFINITE表示一直等待,对之后的代码进行保护        WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);        if(tickets>0)        {            Sleep(1);            cout<<"thread1 sell ticket : "<<tickets--<<endl;        }        else            break;        //释放指定互斥对象的所有权，操作系统将互斥对象的线程id被置为0，互斥对象变为已通知状态，线程2就能请求到互斥对象        ReleaseMutex(hMutex);    }    return 0;}DWORD WINAPI Fun2Proc(  LPVOID lpParameter   // thread data){    while(TRUE)    {        WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);        if(tickets>0)        {            Sleep(1);            cout<<"thread2 sell ticket : "<<tickets--<<endl;        }        else            break;        ReleaseMutex(hMutex);    }    return 0;}

执行结果

通过测试可知，以上互斥对象的引入可以很好的解决线程间访问资源同步的问题。关于互斥对象，还有以下几个问题需要说明。

互斥对象的释放问题
如果main中

    hMutex=CreateMutex(NULL,TRUE,NULL);

子线程中：

    while(TRUE)    {        ReleaseMutex(hMutex);//无效        //等待互斥对象的信号，INFINITE表示一直等待,对之后的代码进行保护        WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);    }

如果CreateMutex第二个参数为true，则表示主线程拥有该互斥对象，操作系统将互斥对象的线程id设为主线程的线程id，如果主线程不释放，则子线程会一直等待，此时子线程也没有权利进行释放，所以使用互斥对象的原则是：谁拥有互斥对象，谁释放互斥对象。

另外，如果main中

    hMutex=CreateMutex(NULL,TRUE,NULL);

并且再次请求互斥对象：

    WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);

并调用一次释放互斥对象：

    ReleaseMutex(hMutex);

此时子线程依然是等待状态，得不到互斥对象的使用权，原因是：
CreateMutex(NULL,TRUE,NULL)由于第二个参数为true，主线程拥有互斥对象的使用权，互斥对象内部计数器加1，再次调用WaitForSingleObject请求互斥对象时，内部计数器又加1，计数器是记录线程拥有互斥对象的次数，而只释放ReleaseMutex了一次，互斥对象依然被占用，所以子线程得不到使用权。
因此正确的写法是：

    hMutex=CreateMutex(NULL,TRUE,NULL);    WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE);    ReleaseMutex(hMutex);    ReleaseMutex(hMutex);

如果多次请求互斥对象，就应该多次释放互斥对象。

再看这样一种情况，线程中没有释放互斥对象的拥有权：

    DWORD WINAPI Fun1Proc(LPVOID lpParameter)    {        waitforsingleobject(hmutex,infinite);        cout<<"thread1 is running"<<endl;        return 0;    }    DWORD WINAPI Fun2Proc(LPVOID lpParameter)    {        waitforsingleobject(hmutex,infinite);        cout<<"thread2 is running"<<endl;        return 0;    }

此时执行依然能够得到输出：

    "thread1 is running    "thread2 is running

这是因为：如果线程退出时没有释放互斥对象，操作系统在销毁线程时会自动将线程占用的互斥对象的信息清除，计数器归零，这样其他线程（thread2 ）就能申请到互斥对象使用权。

创建命名互斥对象

    hMutex=CreateMutex(NULL,TRUE,"myApp");    if(hMutex)    {        if(ERROR_ALREADY_EXISTS==GetLastError())        {            cout<<"已经有一个相同应用程序在运行!"<<endl;            return;        }    }

命名互斥对象的一种应用是：通过命名互斥对象，可以保证当前只有一个应用程序实例在运行。

以上是关于windows平台下多线程同步相关的互斥对象的使用问题，之后将对线程同步的事件对象Event进行介绍和解析，敬请关注。文中如有谬误，还望不吝赐教。

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