很想整理一下自己對 進(jìn)程 線程 同步 互斥 的 理解。正巧周六一個(gè)剛剛回到學(xué)校 的 同學(xué)請客吃飯。在吃飯 的 過程中，有兩個(gè)同學(xué)，為了一個(gè)問題爭論 的 面紅耳赤。一個(gè)認(rèn)為.Net下 的 進(jìn)程 線程控制模型更加合理。一個(gè)認(rèn)為Java下 的 線程池策略比.Net 的 好。大家 的 話題一下轉(zhuǎn)到了 進(jìn)程 線程 同步 互斥 的 控制問題上?；氐郊?，想了想就寫了這個(gè)東東。

　　現(xiàn)在流行 的 進(jìn)程 線程 同步 互斥 的 控制機(jī)制，其實(shí)是由最原始最基本 的 4種 方法 實(shí)現(xiàn) 的 。由這4種 方法 組合優(yōu)化就有了.Net和Java下靈活多變 的 ，編程簡便 的 線程 進(jìn)程 控制手段。

　　這4種 方法 具體定義如下 在《操作系統(tǒng)教程》ISBN 7-5053-6193-7 一書中可以找到更加詳細(xì) 的 解釋

　　1臨界區(qū): 通過對多線程 的 串行化來訪問公共資源或一段代碼，速度快，適合控制數(shù)據(jù)訪問。

2互斥量: 為協(xié)調(diào)共同對一個(gè)共享資源 的 單獨(dú)訪問而設(shè)計(jì) 的 。

3信號量: 為控制一個(gè)具有有限數(shù)量用戶資源而設(shè)計(jì)。

　　4事 件: 用來通知線程有一些事件已發(fā)生，從而啟動(dòng)后繼任務(wù) 的 開始。

　臨界區(qū)（Critical Section）

　　保證在某一時(shí)刻只有一個(gè)線程能訪問數(shù)據(jù) 的 簡便辦法。在任意時(shí)刻只允許一個(gè)線程對共享資源進(jìn)行訪問。如果有多個(gè)線程試圖同時(shí)訪問臨界區(qū)，那么在有一個(gè)線程進(jìn)入后其他所有試圖訪問此臨界區(qū) 的 線程將被掛起，并一直持續(xù)到進(jìn)入臨界區(qū) 的 線程離開。臨界區(qū)在被釋放后，其他線程可以繼續(xù)搶占，并以此達(dá)到用原子方式操作共享資源 的 目 的 。

　　臨界區(qū)包含兩個(gè)操作原語：EnterCriticalSection（） 進(jìn)入臨界區(qū)LeaveCriticalSection（） 離開臨界區(qū)

　　EnterCriticalSection（）語句執(zhí)行后代碼將進(jìn)入臨界區(qū)以后無論發(fā)生什么，必須確保與之匹配 的 LeaveCriticalSection（）都能夠被執(zhí)行到。否則臨界區(qū)保護(hù) 的 共享資源將永遠(yuǎn)不會(huì)被釋放。雖然臨界區(qū) 同步 速度很快，但卻只能用來 同步 本 進(jìn)程 內(nèi) 的 線程，而不可用來 同步 多個(gè) 進(jìn)程 中 的 線程。

　　MFC提供了很多功能完備 的 類，我用MFC實(shí)現(xiàn)了臨界區(qū)。MFC為臨界區(qū)提供有一個(gè)CCriticalSection類，使用該類進(jìn)行線程 同步 處理是非常簡單 的 。只需在線程函數(shù)中用CCriticalSection類成員函數(shù)Lock（）和UnLock（）標(biāo)定出被保護(hù)代碼片段即可。Lock（）后代碼用到 的 資源自動(dòng)被視為臨界區(qū)內(nèi) 的 資源被保護(hù)。UnLock后別 的 線程才能訪問這些資源。

//CriticalSection
CCriticalSection global_CriticalSection;

// 共享資源
char global_Array[256];

//初始化共享資源
void InitializeArray()
{
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=I;
}
}

//寫線程
UINT Global_ThreadWrite(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
//進(jìn)入臨界區(qū)
global_CriticalSection.Lock();
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=W;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}

　//離開臨界區(qū)
global_CriticalSection.Unlock();
return 0;
}

//刪除線程
UINT Global_ThreadDelete(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
//進(jìn)入臨界區(qū)
global_CriticalSection.Lock();
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=D;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}

　//離開臨界區(qū)
global_CriticalSection.Unlock();
return 0;
}

//創(chuàng)建線程并啟動(dòng)線程
void CCriticalSectionsDlg::OnBnClickedButtonLock()
{
//Start the first Thread
CWinThread *ptrWrite = AfxBeginThread(Global_ThreadWrite,
&m_Write,
THREAD_PRIORITY_NORMAL,
0,
CREATE_SUSPENDED);
ptrWrite->ResumeThread();

//Start the second Thread
CWinThread *ptrDelete = AfxBeginThread(Global_ThreadDelete,
&m_Delete,
THREAD_PRIORITY_NORMAL,
0,
CREATE_SUSPENDED);
ptrDelete->ResumeThread();
}

　　在測試程序中，Lock UnLock兩個(gè)按鈕分別實(shí)現(xiàn)，在有臨界區(qū)保護(hù)共享資源 的 執(zhí)行狀態(tài)，和沒有臨界區(qū)保護(hù)共享資源 的 執(zhí)行狀態(tài)。

　　程序運(yùn)行結(jié)果

互斥量（Mutex）

　　互斥量跟臨界區(qū)很相似，只有擁有互斥對象 的 線程才具有訪問資源 的 權(quán)限，由于互斥對象只有一個(gè)，因此就決定了任何情況下此共享資源都不會(huì)同時(shí)被多個(gè)線程所訪問。當(dāng)前占據(jù)資源 的 線程在任務(wù)處理完后應(yīng)將擁有 的 互斥對象交出，以便其他線程在獲得后得以訪問資源。互斥量比臨界區(qū)復(fù)雜。因?yàn)槭褂没コ獠粌H僅能夠在同一應(yīng)用程序不同線程中實(shí)現(xiàn)資源 的 安全共享，而且可以在不同應(yīng)用程序 的 線程之間實(shí)現(xiàn)對資源 的 安全共享。

　　互斥量包含 的 幾個(gè)操作原語：
　　CreateMutex（） 創(chuàng)建一個(gè)互斥量
　　OpenMutex（） 打開一個(gè)互斥量
　　ReleaseMutex（） 釋放互斥量
　　WaitForMultipleObjects（） 等待互斥量對象

　　同樣MFC為互斥量提供有一個(gè)CMutex類。使用CMutex類實(shí)現(xiàn)互斥量操作非常簡單，但是要特別注意對CMutex 的 構(gòu)造函數(shù) 的 調(diào)用

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

　　不用 的 參數(shù)不能亂填，亂填會(huì)出現(xiàn)一些意想不到 的 運(yùn)行結(jié)果。

//創(chuàng)建互斥量
CMutex global_Mutex(0,0,0);

// 共享資源
char global_Array[256];

void InitializeArray()
{
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=I;
}
}
UINT Global_ThreadWrite(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
global_Mutex.Lock();
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=W;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}
global_Mutex.Unlock();
return 0;
}

UINT Global_ThreadDelete(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
global_Mutex.Lock();
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=D;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}
global_Mutex.Unlock();
return 0;
}

　　同樣在測試程序中，Lock UnLock兩個(gè)按鈕分別實(shí)現(xiàn)，在有互斥量保護(hù)共享資源 的 執(zhí)行狀態(tài)，和沒有互斥量保護(hù)共享資源 的 執(zhí)行狀態(tài)。

　　程序運(yùn)行結(jié)果

信號量（Semaphores）

　　信號量對象對線程 的 同步 方式與前面幾種 方法 不同，信號允許多個(gè)線程同時(shí)使用共享資源，這與操作系統(tǒng)中 的 PV操作相同。它指出了同時(shí)訪問共享資源 的 線程最大數(shù)目。它允許多個(gè)線程在同一時(shí)刻訪問同一資源，但是需要限制在同一時(shí)刻訪問此資源 的 最大線程數(shù)目。在用CreateSemaphore（）創(chuàng)建信號量時(shí)即要同時(shí)指出允許 的 最大資源計(jì)數(shù)和當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)。一般是將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)設(shè)置為最大資源計(jì)數(shù)，每增加一個(gè)線程對共享資源 的 訪問，當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)就會(huì)減1，只要當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)是大于0 的 ，就可以發(fā)出信號量信號。但是當(dāng)前可用計(jì)數(shù)減小到0時(shí)則說明當(dāng)前占用資源 的 線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了所允許 的 最大數(shù)目，不能在允許其他線程 的 進(jìn)入，此時(shí) 的 信號量信號將無法發(fā)出。線程在處理完共享資源后，應(yīng)在離開 的 同時(shí)通過ReleaseSemaphore（）函數(shù)將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)加1。在任何時(shí)候當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)決不可能大于最大資源計(jì)數(shù)。

　　PV操作及信號量 的 概念都是由荷蘭科學(xué)家E.W.Dijkstra提出 的 。信號量S是一個(gè)整數(shù)，S大于等于零時(shí)代表可供并發(fā) 進(jìn)程 使用 的 資源實(shí)體數(shù)，但S小于零時(shí)則表示正在等待使用共享資源 的 進(jìn)程 數(shù)。

P操作申請資源：
　?。?）S減1；
　?。?）若S減1后仍大于等于零，則 進(jìn)程 繼續(xù)執(zhí)行；
　?。?）若S減1后小于零，則該 進(jìn)程 被阻塞后進(jìn)入與該信號相對應(yīng) 的 隊(duì)列中，然后轉(zhuǎn)入 進(jìn)程 調(diào)度。

V操作 釋放資源：
　　（1）S加1；
　?。?）若相加結(jié)果大于零，則 進(jìn)程 繼續(xù)執(zhí)行；
　?。?）若相加結(jié)果小于等于零，則從該信號 的 等待隊(duì)列中喚醒一個(gè)等待 進(jìn)程 ，然后再返回原 進(jìn)程 繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)入 進(jìn)程 調(diào)度。

　　信號量包含 的 幾個(gè)操作原語：
　　CreateSemaphore（） 創(chuàng)建一個(gè)信號量
　　OpenSemaphore（） 打開一個(gè)信號量
　　ReleaseSemaphore（） 釋放信號量
　　WaitForSingleObject（） 等待信號量

//信號量句柄
HANDLE global_Semephore;

// 共享資源
char global_Array[256];
void InitializeArray()
{
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=I;
}
}

　//線程1
UINT Global_ThreadOne(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
//等待對共享資源請求被通過 等于 P操作
WaitForSingleObject(global_Semephore, INFINITE);
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=O;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}

//釋放共享資源 等于 V操作
ReleaseSemaphore(global_Semephore, 1, NULL);
return 0;
}

UINT Global_ThreadTwo(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
WaitForSingleObject(global_Semephore, INFINITE);
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=T;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}
ReleaseSemaphore(global_Semephore, 1, NULL);
return 0;
}

UINT Global_ThreadThree(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
WaitForSingleObject(global_Semephore, INFINITE);
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=H;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}
ReleaseSemaphore(global_Semephore, 1, NULL);
return 0;
}

void CSemaphoreDlg::OnBnClickedButtonOne()
{

//設(shè)置信號量 1 個(gè)資源 1同時(shí)只可以有一個(gè)線程訪問
global_Semephore= CreateSemaphore(NULL, 1, 1, NULL);
this->StartThread();

// TODO: Add your control notification handler code here
}

void CSemaphoreDlg::OnBnClickedButtonTwo()
{

//設(shè)置信號量 2 個(gè)資源 2 同時(shí)只可以有兩個(gè)線程訪問
global_Semephore= CreateSemaphore(NULL, 2, 2, NULL);
this->StartThread();

// TODO: Add your control notification handler code here
}

void CSemaphoreDlg::OnBnClickedButtonThree()
{

//設(shè)置信號量 3 個(gè)資源 3 同時(shí)只可以有三個(gè)線程訪問
global_Semephore= CreateSemaphore(NULL, 3, 3, NULL);
this->StartThread();

// TODO: Add your control notification handler code here
}

　　信號量 的 使用特點(diǎn)使其更適用于對Socket（套接字）程序中線程 的 同步 。例如，網(wǎng)絡(luò)上 的 HTTP服務(wù)器要對同一時(shí)間內(nèi)訪問同一頁面 的 用戶數(shù)加以限制，這時(shí)可以為每一個(gè)用戶對服務(wù)器 的 頁面請求設(shè)置一個(gè)線程，而頁面則是待保護(hù) 的 共享資源，通過使用信號量對線程 的 同步 作用可以確保在任一時(shí)刻無論有多少用戶對某一頁面進(jìn)行訪問，只有不大于設(shè)定 的 最大用戶數(shù)目 的 線程能夠進(jìn)行訪問，而其他 的 訪問企圖則被掛起，只有在有用戶退出對此頁面 的 訪問后才有可能進(jìn)入。

　程序運(yùn)行結(jié)果

事件（Event）

　　事件對象也可以通過通知操作 的 方式來保持線程 的 同步 。并且可以實(shí)現(xiàn)不同 進(jìn)程 中 的 線程 同步 操作。

　　信號量包含 的 幾個(gè)操作原語：
　　CreateEvent（） 創(chuàng)建一個(gè)信號量
　　OpenEvent（） 打開一個(gè)事件
　　SetEvent（） 回置事件
　　WaitForSingleObject（） 等待一個(gè)事件
　　WaitForMultipleObjects（）　等待多個(gè)事件

　　WaitForMultipleObjects 函數(shù)原型：
　　WaitForMultipleObjects（
　　IN DWORD nCount, // 等待句柄數(shù)
　　IN CONST HANDLE *lpHandles, //指向句柄數(shù)組
　　IN BOOL bWaitAll, //是否完全等待標(biāo)志
　　IN DWORD dwMilliseconds //等待時(shí)間
　　）

　　參數(shù)nCount指定了要等待 的 內(nèi)核對象 的 數(shù)目，存放這些內(nèi)核對象 的 數(shù)組由lpHandles來指向。fWaitAll對指定 的 這nCount個(gè)內(nèi)核對象 的 兩種等待方式進(jìn)行了指定，為TRUE時(shí)當(dāng)所有對象都被通知時(shí)函數(shù)才會(huì)返回，為FALSE則只要其中任何一個(gè)得到通知就可以返回。dwMilliseconds在這里 的 作用與在WaitForSingleObject（）中 的 作用是完全一致 的 。如果等待超時(shí)，函數(shù)將返回WAIT_TIMEOUT。

//事件數(shù)組
HANDLE global_Events[2];

// 共享資源
char global_Array[256];

void InitializeArray()
{
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=I;
}
}

UINT Global_ThreadOne(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=O;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}

//回置事件
SetEvent(global_Events[0]);
return 0;
}

UINT Global_ThreadTwo(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=T;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}

//回置事件
SetEvent(global_Events[1]);
return 0;
}

UINT Global_ThreadThree(LPVOID pParam)
{
CEdit *ptr=(CEdit *)pParam;
ptr->SetWindowText("");

//等待兩個(gè)事件都被回置
WaitForMultipleObjects(2, global_Events, true, INFINITE);
for(int i = 0;i<256;i++)
{
global_Array[i]=H;
ptr->SetWindowText(global_Array);
Sleep(10);
}
return 0;
}
void CEventDlg::OnBnClickedButtonStart()
{
for (int i = 0; i < 2; i++)
{

//實(shí)例化事件
global_Events[i]=CreateEvent(NULL,false,false,NULL);
}
CWinThread *ptrOne = AfxBeginThread(Global_ThreadOne,
&m_One,
THREAD_PRIORITY_NORMAL,
0,
CREATE_SUSPENDED);
ptrOne->ResumeThread();

//Start the second Thread
CWinThread *ptrTwo = AfxBeginThread(Global_ThreadTwo,
&m_Two,
THREAD_PRIORITY_NORMAL,
0,
CREATE_SUSPENDED);
ptrTwo->ResumeThread();

//Start the Third Thread
CWinThread *ptrThree = AfxBeginThread(Global_ThreadThree,
&m_Three,
THREAD_PRIORITY_NORMAL,
0,
CREATE_SUSPENDED);
ptrThree->ResumeThread();

// TODO: Add your control notification handler code here
}

　　事件可以實(shí)現(xiàn)不同 進(jìn)程 中 的 線程 同步 操作，并且可以方便 的 實(shí)現(xiàn)多個(gè)線程 的 優(yōu)先比較等待操作，例如寫多個(gè)WaitForSingleObject來代替WaitForMultipleObjects從而使編程更加靈活。

程序運(yùn)行結(jié)果

總結(jié)：

　1． 互斥量與臨界區(qū) 的 作用非常相似，但互斥量是可以命名 的 ，也就是說它可以跨越 進(jìn)程 使用。所以創(chuàng)建互斥量需要 的 資源更多，所以如果只為了在 進(jìn)程 內(nèi)部是用 的 話使用臨界區(qū)會(huì)帶來速度上 的 優(yōu)勢并能夠減少資源占用量。因?yàn)榛コ饬渴强? 進(jìn)程 的 互斥量一旦被創(chuàng)建，就可以通過名字打開它。

　2． 互斥量（Mutex），信號燈（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越 進(jìn)程 使用來進(jìn)行 同步 數(shù)據(jù)操作，而其他 的 對象與數(shù)據(jù) 同步 操作無關(guān)，但對于 進(jìn)程 和線程來講，如果 進(jìn)程 和線程在運(yùn)行狀態(tài)則為無信號狀態(tài)，在退出后為有信號狀態(tài)。所以可以使用WaitForSingleObject來等待 進(jìn)程 和線程退出。

3． 通過互斥量可以指定資源被獨(dú)占 的 方式使用，但如果有下面一種情況通過互斥量就無法處理，比如現(xiàn)在一位用戶購買了一份三個(gè)并發(fā)訪問許可 的 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，可以根據(jù)用戶購買 的 訪問許可數(shù)量來決定有多少個(gè)線程/ 進(jìn)程 能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，這時(shí)候如果利用互斥量就沒有辦法完成這個(gè)要求，信號燈對象可以說是一種資源計(jì)數(shù)器。