网络编程（47）—— windows平台下的四种线程同步技术（一）

来源：互联网发布：smartptt对讲软件下载编辑：程序博客网时间：2024/06/01 16:19

一、用户模式和内核模式

Windows操作系统在运行时，存在以下两种模式：
用户模式：是运行应用程序的基本模式，不能访问硬件，且访问的内存的范围也有限制。
内核模式：是操作系统运行的基本模式，可以访问硬件，访问的内存范围无限制。
Windows的程序在运行时，往往频繁的在用户模式和内核模式之间切换。以多线程程序为例，我们所创建的线程属于操作系统，在创建线程中就无法避免从用户模式向内核模式切换，而创建完成后，又会从内核模式切换回应用模式。Windows采用这种双模式的运行方式主要是出于安全的考虑。在用户模式中，应用程序无法访问系统内核的内存，当应用程序出现错误时也就无法导致操作系统异常，最多也就是应用程序自己会发生异常。
在Windows多线程编程中，线程同步技术按照模式也可分为两种：一是用户模式的线程同步技术CRITICAL_SECTION，二是内核模式的线程同步技术事件、互斥和信号量。下面我们分别就这两种模式下不同的线程同步技术进行讨论。

二、试验代码

首先我们引入一段使用多线程的代码：

#include "stdafx.h"#include "windows.h"#include "iostream"int g_i=0;unsigned WINAPI AddThreadFunc(void* param){for (int i=0;i<1000000;i++){g_i++;}return 0;}unsigned WINAPI DevThreadFunc(void* param){for (int i=0;i<1000000;i++){g_i--;}return 0;}int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){HANDLE handles[2];handles[0] = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)AddThreadFunc,NULL,0,NULL);handles[1] = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)DevThreadFunc,NULL,0,NULL);WaitForMultipleObjects(2,handles,true,INFINITE);std::cout<<"g_i="<<g_i<<std::endl;return 0;}

代码的作用是，创建两个线程分别对全局变量g_i进行++和—操作，如果不存在同步问题最后m_i的值将会仍然是0。但是由于我们未进行同步控制，它的结果不可能是0，而且每次运行结果应该不同。
第一次：

第二次：

第三次：

在接下来的讨论中，我们将利用上述四种线程同步技术对改段代码进行同步。

三、用户级别的线程同步技术——CRITICAL_SECTION

CRITICAL_SECTION是用户模式级别的临界区对象。和其他同步技术进行线程同步的原理作用一样，它将临界区的代码上锁，等到执行完临界区代码后再进行解锁。使用它涉及四个windows的API：

void WINAPI InitializeCriticalSection(  __out  LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

用来初始化CRITICAL_SECTION对象，接收的参数为CRITICAL_SECTION对象的指针。

void WINAPI DeleteCriticalSection(  __inout  LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

用来销毁CRITICAL_SECTION对象，接收的参数为CRITICAL_SECTION对象的指针。

void WINAPI EnterCriticalSection(  __inout LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

对临界区的代码加锁，接收的参数为CRITICAL_SECTION对象的指针。

void WINAPI LeaveCriticalSection(  __inout LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

对临界区的代码解锁，接收的参数为CRITICAL_SECTION对象的指针。
我们在使用临界区对象时，要将它声明为全局对象，使用CRITICAL_SECTION加锁后的代码如下：

#include "stdafx.h"#include "windows.h"#include "iostream"int g_i=0;CRITICAL_SECTION sec;unsigned WINAPI AddThreadFunc(void* param){EnterCriticalSection(&sec);for (int i=0;i<1000000;i++){g_i++;}LeaveCriticalSection(&sec);return 0;}unsigned WINAPI DevThreadFunc(void* param){EnterCriticalSection(&sec);for (int i=0;i<1000000;i++){g_i--;}LeaveCriticalSection(&sec);return 0;}int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]){HANDLE handles[2];InitializeCriticalSection(&sec);handles[0] = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)AddThreadFunc,NULL,0,NULL);handles[1] = CreateThread(NULL,0,(LPTHREAD_START_ROUTINE)DevThreadFunc,NULL,0,NULL);WaitForMultipleObjects(2,handles,true,INFINITE);std::cout<<"g_i="<<g_i<<std::endl;DeleteCriticalSection(&sec);return 0;}

运行之后，我们得到了正确的结果：

Github位置：
https://github.com/HymanLiuTS/NetDevelopment
克隆本项目：
git clone Git@github.com:HymanLiuTS/NetDevelopment.git
获取本文源代码：
git checkout NL47

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