C++：多线程002

https://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7442333

程序描述：
主线程启动10个子线程并将表示子线程序号的变量地址作为参数传递给子线程。子线程接收参数 -> sleep(50) -> 全局变量++ -> sleep(0) -> 输出参数和全局变量。

要求：
1．子线程输出的线程序号不能重复。
2．全局变量的输出必须递增。

分析下这个问题的考察点，主要考察点有二个：
1．主线程创建子线程并传入一个指向变量地址的指针作参数，由于线程启动须要花费一定的时间，所以在子线程根据这个指针访问并保存数据前，主线程应等待子线程保存完毕后才能改动该参数并启动下一个线程。这涉及到主线程与子线程之间的同步。
2．子线程之间会互斥的改动和输出全局变量。要求全局变量的输出必须递增。这涉及到各子线程间的互斥。

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CRITICAL_SECTION

关键段CRITICAL_SECTION一共就四个函数，使用很是方便。下面是这四个函数的原型和使用说明。

函数功能：初始化
函数原型：
void InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);
函数说明：定义关键段变量后必须先初始化。

函数功能：销毁
函数原型：
void DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);
函数说明：用完之后记得销毁。

函数功能：进入关键区域
函数原型：
void EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);
函数说明：系统保证各线程互斥的进入关键区域。

函数功能：离开关关键区域
函数原型：
void LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTIONlpCriticalSection);

在经典多线程问题中设置二个关键区域。一个是主线程在递增子线程序号时，另一个是各子线程互斥的访问输出全局资源时

因此可以将关键段比作旅馆的房卡，调用EnterCriticalSection()即申请房卡，得到房卡后自己当然是可以多次进出房间的，在你调用LeaveCriticalSection()交出房卡之前，别人自然是无法进入该房间。

回到这个经典线程同步问题上，主线程正是由于拥有“线程所有权”即房卡，所以它可以重复进入关键代码区域从而导致子线程在接收参数之前主线程就已经修改了这个参数。所以关键段可以用于线程间的互斥，但不可以用于同步。

1．关键段有初始化、销毁、进入和离开关键区域四个函数。

2．关键段可以解决线程的互斥问题，但因为具有“线程所有权”，所以无法解决同步问题。

3．推荐关键段与旋转锁配合使用。

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事件Event实际上是个内核对象，它的使用非常方便。下面列出一些常用的函数。

第一个 CreateEvent
函数功能：创建事件
函数原型：
HANDLECreateEvent(
 LPSECURITY_ATTRIBUTESlpEventAttributes,
 BOOLbManualReset,
 BOOLbInitialState,
 LPCTSTRlpName
);
函数说明：
第一个参数表示安全控制，一般直接传入NULL。
第二个参数确定事件是手动置位还是自动置位，传入TRUE表示手动置位，传入FALSE表示自动置位。如果为自动置位，则对该事件调用WaitForSingleObject()后会自动调用ResetEvent()使事件变成未触发状态。打个小小比方，手动置位事件相当于教室门，教室门一旦打开（被触发），所以有人都可以进入直到老师去关上教室门（事件变成未触发）。自动置位事件就相当于医院里拍X光的房间门，门打开后只能进入一个人，这个人进去后会将门关上，其它人不能进入除非门重新被打开（事件重新被触发）。
第三个参数表示事件的初始状态，传入TRUR表示已触发。
第四个参数表示事件的名称，传入NULL表示匿名事件。

第二个 OpenEvent
函数功能：根据名称获得一个事件句柄。
函数原型：
HANDLEOpenEvent(
 DWORDdwDesiredAccess,
 BOOLbInheritHandle,
 LPCTSTRlpName     //名称
);
函数说明：
第一个参数表示访问权限，对事件一般传入EVENT_ALL_ACCESS。详细解释可以查看MSDN文档。
第二个参数表示事件句柄继承性，一般传入TRUE即可。
第三个参数表示名称，不同进程中的各线程可以通过名称来确保它们访问同一个事件。

第三个SetEvent
函数功能：触发事件
函数原型：BOOLSetEvent(HANDLEhEvent);
函数说明：每次触发后，必有一个或多个处于等待状态下的线程变成可调度状态。

第四个ResetEvent
函数功能：将事件设为末触发
函数原型：BOOLResetEvent(HANDLEhEvent);

最后一个事件的清理与销毁
由于事件是内核对象，因此使用CloseHandle()就可以完成清理与销毁了。

在经典多线程问题中设置一个事件和一个关键段。用事件处理主线程与子线程的同步，用关键段来处理各子线程间的互斥。

经典线线程同步问题已经圆满的解决了——线程编号的输出没有重复，说明主线程与子线程达到了同步。全局资源的输出是递增的，说明各子线程已经互斥的访问和输出该全局资源。

最后总结下事件Event
1．事件是内核对象，事件分为手动置位事件和自动置位事件。事件Event内部它包含一个使用计数（所有内核对象都有），一个布尔值表示是手动置位事件还是自动置位事件，另一个布尔值用来表示事件有无触发。
2．事件可以由SetEvent()来触发，由ResetEvent()来设成未触发。还可以由PulseEvent()来发出一个事件脉冲。
3．事件可以解决线程间同步问题，因此也能解决互斥问题。

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互斥量也是一个内核对象，它用来确保一个线程独占一个资源的访问。互斥量与关键段的行为非常相似，并且互斥量可以用于不同进程中的线程互斥访问资源。使用互斥量Mutex主要将用到四个函数。下面是这些函数的原型和使用说明。

第一个 CreateMutex
函数功能：创建互斥量（注意与事件Event的创建函数对比）
函数原型：
HANDLECreateMutex(
  LPSECURITY_ATTRIBUTESlpMutexAttributes,
  BOOLbInitialOwner,     
  LPCTSTRlpName
);
函数说明：
第一个参数表示安全控制，一般直接传入NULL。
第二个参数用来确定互斥量的初始拥有者。如果传入TRUE表示互斥量对象内部会记录创建它的线程的线程ID号并将递归计数设置为1，由于该线程ID非零，所以互斥量处于未触发状态。如果传入FALSE，那么互斥量对象内部的线程ID号将设置为NULL，递归计数设置为0，这意味互斥量不为任何线程占用，处于触发状态。
第三个参数用来设置互斥量的名称，在多个进程中的线程就是通过名称来确保它们访问的是同一个互斥量。
函数访问值：
成功返回一个表示互斥量的句柄，失败返回NULL。

第二个打开互斥量
函数原型：
HANDLEOpenMutex(
 DWORDdwDesiredAccess,
 BOOLbInheritHandle,
 LPCTSTRlpName     //名称
);
函数说明：
第一个参数表示访问权限，对互斥量一般传入MUTEX_ALL_ACCESS。详细解释可以查看MSDN文档。
第二个参数表示互斥量句柄继承性，一般传入TRUE即可。
第三个参数表示名称。某一个进程中的线程创建互斥量后，其它进程中的线程就可以通过这个函数来找到这个互斥量。
函数访问值：
成功返回一个表示互斥量的句柄，失败返回NULL。

第三个触发互斥量
函数原型：
BOOLReleaseMutex (HANDLEhMutex)
函数说明：
访问互斥资源前应该要调用等待函数，结束访问时就要调用ReleaseMutex()来表示自己已经结束访问，其它线程可以开始访问了。

最后一个清理互斥量
由于互斥量是内核对象，因此使用CloseHandle()就可以（这一点所有内核对象都一样）。

与关键段类似，互斥量也是不能解决线程间的同步问题。

联想到关键段会记录线程ID即有“线程拥有权”的，而互斥量也记录线程ID，莫非它也有“线程拥有权”这一说法。

答案确实如此，互斥量也是有“线程拥有权”概念的。“线程拥有权”在关键段中有详细的说明，这里就不再赘述了。另外由于互斥量常用于多进程之间的线程互斥，所以它比关键段还多一个很有用的特性——“遗弃”情况的处理。比如有一个占用互斥量的线程在调用ReleaseMutex()触发互斥量前就意外终止了（相当于该互斥量被“遗弃”了），那么所有等待这个互斥量的线程是否会由于该互斥量无法被触发而陷入一个无穷的等待过程中了？这显然不合理。因为占用某个互斥量的线程既然终止了那足以证明它不再使用被该互斥量保护的资源，所以这些资源完全并且应当被其它线程来使用。因此在这种“遗弃”情况下，系统自动把该互斥量内部的线程ID设置为0，并将它的递归计数器复置为0，表示这个互斥量被触发了。然后系统将“公平地”选定一个等待线程来完成调度（被选中的线程的WaitForSingleObject()会返回WAIT_ABANDONED_0）。

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信号量Semaphore常用有三个函数，使用很方便。下面是这几个函数的原型和使用说明。

第一个 CreateSemaphore
函数功能：创建信号量
函数原型：
HANDLE CreateSemaphore(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,
  LONG lInitialCount,
  LONG lMaximumCount,
  LPCTSTR lpName
);
函数说明：
第一个参数表示安全控制，一般直接传入NULL。
第二个参数表示初始资源数量。
第三个参数表示最大并发数量。
第四个参数表示信号量的名称，传入NULL表示匿名信号量。

第二个 OpenSemaphore
函数功能：打开信号量
函数原型：
HANDLE OpenSemaphore(
  DWORD dwDesiredAccess,
  BOOL bInheritHandle,
  LPCTSTR lpName
);
函数说明：
第一个参数表示访问权限，对一般传入SEMAPHORE_ALL_ACCESS。详细解释可以查看MSDN文档。
第二个参数表示信号量句柄继承性，一般传入TRUE即可。
第三个参数表示名称，不同进程中的各线程可以通过名称来确保它们访问同一个信号量。

第三个 ReleaseSemaphore
函数功能：递增信号量的当前资源计数
函数原型：
BOOL ReleaseSemaphore(
  HANDLE hSemaphore,
  LONG lReleaseCount,  
  LPLONG lpPreviousCount 
);
函数说明：
第一个参数是信号量的句柄。
第二个参数表示增加个数，必须大于0且不超过最大资源数量。
第三个参数可以用来传出先前的资源计数，设为NULL表示不需要传出。
注意：当前资源数量大于0，表示信号量处于触发，等于0表示资源已经耗尽故信号量处于末触发。在对信号量调用等待函数时，等待函数会检查信号量的当前资源计数，如果大于0(即信号量处于触发状态)，减1后返回让调用线程继续执行。一个线程可以多次调用等待函数来减小信号量。

最后一个 信号量的清理与销毁
由于信号量是内核对象，因此使用CloseHandle()就可以完成清理与销毁了。

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总结
https://blog.csdn.net/morewindows/article/details/7538247
首先来看下关于线程同步互斥的概念性的知识，相信大家通过前面的文章，已经对线程同步互斥有一定的认识了，也能模糊的说出线程同步互斥的各种概念性知识，下面再列出从《计算机操作系统》一书中选取的一些关于线程同步互斥的描述。相信先有个初步而模糊的印象再看下权威的定义，应该会记忆的特别深刻。

1．线程（进程）同步的主要任务
答：在引入多线程后，由于线程执行的异步性，会给系统造成混乱，特别是在急用临界资源时，如多个线程急用同一台打印机，会使打印结果交织在一起，难于区分。当多个线程急用共享变量，表格，链表时，可能会导致数据处理出错，因此线程同步的主要任务是使并发执行的各线程之间能够有效的共享资源和相互合作，从而使程序的执行具有可再现性。

2．线程（进程）之间的制约关系？
当线程并发执行时，由于资源共享和线程协作，使用线程之间会存在以下两种制约关系。
（1）．间接相互制约。一个系统中的多个线程必然要共享某种系统资源，如共享CPU，共享I/O设备，所谓间接相互制约即源于这种资源共享，打印机就是最好的例子，线程A在使用打印机时，其它线程都要等待。
（2）．直接相互制约。这种制约主要是因为线程之间的合作，如有线程A将计算结果提供给线程B作进一步处理，那么线程B在线程A将数据送达之前都将处于阻塞状态。
间接相互制约可以称为互斥，直接相互制约可以称为同步，对于互斥可以这样理解，线程A和线程B互斥访问某个资源则它们之间就会产个顺序问题——要么线程A等待线程B操作完毕，要么线程B等待线程操作完毕，这其实就是线程的同步了。因此同步包括互斥，互斥其实是一种特殊的同步。

3．临界资源和临界区
在一段时间内只允许一个线程访问的资源就称为临界资源或独占资源，计算机中大多数物理设备，进程中的共享变量等待都是临界资源，它们要求被互斥的访问。每个进程中访问临界资源的代码称为临界区

看完概念性知识，下面用几个表格来帮助大家更好的记忆和运用多线程同步互斥的四个实现方法——关键段、事件、互斥量、信号量。

关键段CS与互斥量Mutex

创建或初始化 销毁 进入互斥区域 离开互斥区域
关键段CS Initialize-CriticalSection Delete-CriticalSection Enter-CriticalSection Leave-CriticalSection
互斥量Mutex CreateMutex CloseHandle 等待系列函数如WaitForSingleObject ReleaseMutex

关键段与互斥量都有“线程所有权”概念，可以将“线程所有权”理解成旅馆的房卡，在旅馆前台登记名字拥有房卡后是可以多次进出房间的，其它人则无法进入直到你交出房卡。每个线程必须先通过EnterCriticalSection或WaitForSingleObject来尝试获得“线程所有权”才能调用LeaveCriticalSection或ReleaseMutex。否则会调用失败，这就相当于伪造房卡去办理退房手续——由于登记本上没有你的名字所以会被拒绝。
互斥量能很好的处理“遗弃”情况，因此在多进程之间可以放心的使用。

事件Event
创建 销毁 使事件触发 使事件未触发
事件Event CreateEvent CloseHandle SetEvent ResetEvent
注意事件的手动置位和自动置位要分清楚，不要混淆了。

信号量Semaphore
创建 销毁 递减计数 递增计数
信号量 Semaphore Create-Semaphore CloseHandle 等待系列函数如WaitForSingleObject Release-Semaphore

信号量在计数大于0时表示触发状态，调用WaitForSingleObject不会阻塞，等于0表示未触发状态，调用WaitForSingleObject会阻塞直到有其它线程递增了计数。

注意：互斥量，事件，信号量都是内核对象，可以跨进程使用（通过OpenMutex，OpenEvent，OpenSemaphore）。

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