windows核心编程之用户方式中的线程同步

原子访问：是指线程在访问资源时能够确保所有其他线程都不在同一时间内访问相同的资源。

互锁函数

对于互锁函数，需要了解它们运行的速度极快。调用一个互锁函数，通常会导致执行几个CPU周期（通常小于50），并且不会从用户方式转为内核方式（通常这个需要执行1000个CPU周期）。

几个互锁函数：

　　（1） LONG InterlockedExchangeAdd ( LPLONG Addend, LONG Increment );

　　Addend为长整型变量的地址，Increment为想要在Addend指向的长整型变量上增加的数值（可以是负数）。这个函数的主要作用是保证这个加操作为一个原子访问。

　　（2） LONG InterlockedExchange( LPLONG Target, LONG Value );

　　用第二个参数的值取代第一个参数指向的值。函数返回值为原始值。

　　（3） PVOID InterlockedExchangePointer( PVOID *Target, PVOID Value );

　　用第二个参数的值取代第一个参数指向的值。函数返回值为原始值。

　　（4） LONG InterlockedCompareExchange(LPLONG Destination, LONG Exchange, LONG Comperand );

　　如果第三个参数与第一个参数指向的值相同，那么用第二个参数取代第一个参数指向的值。函数返回值为原始值。

　　（5） PVOID InterlockedCompareExchangePointer (PVOID *Destination, PVOID Exchange, PVOID Comperand );

　　如果第三个参数与第一个参数指向的值相同，那么用第二个参数取代第一个参数指向的值。函数返回值为原始值。

关键段

关键段是一小段代码，它在执行之前需要独占对一些资源的访问权。只能用在一个进程中的多线程同步。可能陷入死锁，因为我们无法为进入关键段的线程设置最大等待时间。在使用关键段（CRITICAL_SECTION）时，只有两个必要条件：1、想要访问资源的线程必须知道用来保护资源的CRITICAL_SECTION对象地址。CRITICAL_SECTION对象可以作为全局对象来分配，也可以作为局部对象来分配，或者从堆中动态地分配。2、如何线程在试图访问被保护的资源之前，必须对CRITICAL_SECTION结构的内部成员进行初始化。

关键段线程同步常用函数介绍

1. //1、首先我们要分配一个CRITICAL_SECTION对象，并进行初始化（使用关键段同步的线程必须调用此函数）  
2. void InitializeCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection )  
3.   
4. //2、当知道线程将不再需要访问共享资源时，我们应该调用下边的函数来清理CRITICAL_SECTION结构  
5. void DeleteCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection )  
6.   
7. //3、在对保护的资源进行访问之前，必须调用下面的函数  
8. void EnterCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection )  
9. //可以对上边的函数多次调用，表示调用线程被获准访问的次数  
10.   
11. //4、也可以用下边的函数代替EnterCriticalSection  
12. BOOL TryEnterCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection )  
13. //通过返回值判断当前线程是否获准访问资源，线程永远不会进入等待状态，如果  
14. //返回TRUE表示该线程获准并正在访问资源，离开时必须调用LeaveCriticalSection()  
15.   
16. //5、在代码完成对资源的访问后，必须调用以下函数,释放访问权限  
17. void LeaveCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection )  
18. //转载请注明文章来自：http://blog.csdn.net/windows_nt  

以上访问方式（EnterCriticalSection方式）可能会使调用线程切换到等待状态，这意味着线程必须从用户模式切换到内核模式，这个切换开销非常大。为了提高关键段的性能，Microsoft把旋转锁合并到了关键段中。因此，当调用EnterCriticalSection的时候，它会用一个旋转锁不断地循环，尝试在一段时间内获得对资源的访问权，只有当尝试失败时，线程才会切换到内核模式并进入等待状态。

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1. //1、为了在使用关键段的时候同时使用旋转锁，我们必须调用下面的函数来初始化关键段  
2. BOOL InitializeCriticalSectionAndSpinCount( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection, DWORD dwSpinCount )  
3. //第二个参数dwSpinCount表示我们希望旋转锁循环的次数。  
4.   
5. //2、我们也可以调用下面的函数来改变关键段的旋转次数  
6. DWORD SetCriticalSectionSpinCount( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection, DWORD dwSpinCount )  
7. //如果主机只有一个处理器，函数会忽略dwSpinCount参数  

volatile   

    有些变量是用volatile关键字声明的。当两个线程都要用到某一个变量且该变量的值会被改变时，应该用volatile声明，该关键字的作用是防止优化编译器把变量从内存装入CPU寄存器中。如果变量被装入寄存器，那么两个线程有可能一个使用内存中的变量，一个使用寄存器中的变量，这会造成程序的错误执行。volatile的意思是让编译器每次操作该变量时一定要从内存中真正取出，而不是使用已经存在寄存器中的值。

Slim读/写锁

SRWLock的目的和关键段相同，都是保护一个资源，不让其他线程访问。SRWLock允许我们区分对待读线程和写线程；多个读线程可以共享访问资源，写线程独占资源。使用完成后不需要清理工作。

         相关函数：InitializeSWRLock   AcquireSRWLockShared，ReleaseSRWLockShared（读的函数） 

 AcquireSRWLockExclusive，ReleaseSRWLockExclusive（写的函数）

性能比较：如果希望在应用程序中得到最佳性能，那么首先应该尝试不要共享数据，然后依次使用volatile读取，volatile写入，Interlocked API，SRWLock，关键段。当且仅当所有这些都不能满足要求的时候，再使用内核对象。

条件变量：为了以原子方式把锁释放并将自己阻塞，直到某一条件成立为止。就可以使用条件变量，分为两组，一组配合关键段，一组配合slim锁

睡眠函数：SleepConditionVariableCS，SleepConditionVariableSRW

唤醒函数：WakeConditionVariable，WakeAllConditionVariable

窍门和技巧：1、以原子方式操作一组对象时使用一个锁；

     2、同时访问多个逻辑资源，当需要获得多个锁时，必须在代码任何地方以完全相同的顺序来获得资源的锁；另外，调用LeaveCriticalSection的时候顺序无关紧要，因为该函数从来不会让线程进入等待；

       3、不要长时间占用锁如果仅仅是获取变量的值再用于其他操作，仅需要获取变量值时加锁，把变量的值存在一个临时变量中，然后释放锁，最后用临时变量去做其他的事，这样可以防止一些不必要的函数被包含在锁中，造成长时间占用锁。