线程同步--纯理论

一、线程需要相互通信的场景:

  1.需要让多个线程同时访问一个共享资源,同时不能破坏资源的完整性

  2.一个线程需要通知其他线程某项任务已经完成

二、同步机制性能比较

        后续添加

三、原子访问:Interlocked系列函数

  1.以原子方式进行递增(或递减)

      LONG InterlockedExchangedAdd(             PLONG volatile plAddend,    //volatile:告诉编译器该变量可能被应用程序以外的其他东西修改;不要对这个变量进行任何形式的优化             LONG llIncrement);            //增量(若递减,传递负值)

            LONGLONG InterlockedExchangedAdd64(           PLONGLONG volatile plAddend,             LONGLONG llIncrement);         //若想用原子方式给一个值加一(或减一)

    LONG InterlockedIncrement(PLONG plAddend)    //++,参数为地址         LONG InterlockedDecrement(PLONG plAddend)    //--

  2.以原子方式交换两个参数指定的值(可以是变量或指针),在实现旋转锁时常用

      LONG InterlockedExchanged(             PLONG volatile plTarget,             LONG lValue);

              LONGLONG InterlockedExchanged64(             PLONGLONG volatile plTarget,             LONGLONG lValue);

              PVOID InterlockedExchangedPointer(             PVOID* volatile ppvTarget,             PVOID pvValue);         //比较后旋转(如果destination的值和比较参数相等,交换)

              PLONG InterlockedCompareExchanged(            //对32位系统             PLONG plDestination,             LONG lExchange,             LONG lComparand);

      PLONGLONG InterlockedCompareExchanged(             PLONGLONG pllDestination,             LONGLONG llExchange,             LONGLONG llComparand);//对32位系统

      PVOID InterlockedCompareExchangedPointer(             PVOID* ppvDestination,             PVOID pvExchange,             PVOID pvComparand); //对64位系统

    四、高速缓存行

五、关键段

  代码。。。

    CRITICAL_SECTION g_cs;

        EnterCriticalSectionThread(&g_cs);

        操作部分代码。。。

    LeaveCriticalSectionThread(&g_cs);

    其他操作代码。。。

      VOID InitializeCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs); //初始化

      VOID DeleteCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);//清理

          VOID EnterCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);//进入关键段

          BOOL TryEnterCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs);    //从来不会让调用线程进入等待状态,如果资源被其他线程访问,返回FALSE;否则返回TRUE,表明线程正在访问资源,返回TRUE的函数必须调用对应的LeaveCriticalSection。

          VOID LeaveCriticalSection(PCRITICAL_SECTION pcs); //离开关键段

      BOOL InitializeCriticalSectionAndSpinCount(             PCRITICAL_SECTION pcs,             DWORD dwSpinCount);//在使用关键段的时候同时使用旋转锁,初始化关键段

          DWORD InitialCriticalSectionCount(         PCRITICAL_SECTION pcs,         DWORD dwSpinCount);//改变关键段的旋转次数

    InitializeCriticalSection和InitializeCriticalSectionAndSpinCount比较:

    InitializeCriticalSectionAndSpinCount函数会先尝试用旋转锁来获得对资源的访问权。dwSpinCount是循环的次数,在单处理机上,会忽略dwSpinCount(其值为0)。用来保护进程堆的关键段所使用的循环次数大约为4000。

        六、Slim 读/写锁

        这个方法让多个读取者线程在同一时刻访问共享资源是可行的,但是写入者线程是独占对资源的访问权。

    VOID InitializeSRWLock(PSRWLOCK SRWLock);//初始化SRWLock结构

  //不存在销毁SRWLOCK的函数,系统自动对其进行清理

  //写入者

    VOID AcquireSRWLockExclusive(PSRWLOCK SRWLock); //尝试获得对被保护的资源的独占访问权

        VOID ReleaseSRWLockExcRellusive(PSRWLOCK SRWLock);//资源更新等操作完成后,解除对资源的锁定

    //读取者

    VOID AcquireSRWLockShared(PSRWLOCK SRWLock);//获得访问权(非独占) 

  VOID ReleaseSRWLockShared(PSRWLOCK SRWLock);//解除访问

Slim读写锁和关键段对比:

    1.不存在类似TryEnterCriticalSection的函数,这就导致了,如果锁已经被占用,那么调用AcquireSRWLockExclusive或AcquireSRWLockShared会阻塞调用线程。

    2.不能递归地获得SRWLOCK。也就是说,一个线程不能为了多次写入资源而多次锁定资源,然后再多次调用ReleaseSRWLockExcRellusive或ReleaseSRWLockShared来释放对资源的绑定

  七、条件变量(常用于生产者消费者问题)

        如果读取者线程没有数据可读,那么它应该将锁释放并等待,直到写入者线程产生了新的数据为止;     如果接受写入者线程产生的数据的数据结构已满,那么写入者线程应该释放锁并进入睡眠状态,知道读取者线程把数据结构清空为止。

  //让线程以原子方式把锁释放并将自己阻塞,直到某个条件成立为止     BOOL SleepConditionVariableCS(        //关键段         PCONDITION_VARIABLE pConditionVariable,    //已初始化的条件变量。调用线程等待该条件变量         PCRITICAL_SECTION pCriticalSection,         DWORD dwMilliseconds);

  BOOL SleepConditionVariableSRW(         PCONDITION_VARIABLE pConditionVariable,            PSRWLOCK pSRWLock,         DWORD dwMilliseconds,         ULONG Flags);                        //Flags用来指定一旦条件变量被触发,希望线程以什么方式来得到锁。写入者为0,表示独占资源访问;读取者为CONDITION_VARIABLE_LOCKMODE_SHARED,表示希望返回共享资源的访问。     //唤醒     VOID WakeConditionVariable(         PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable);     VOID WakeAllConditionVariable(         PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable);

八、内核对象

    1.等待函数:

WaitForSingleObject(HANDLE hObject,DWORD dwMilliseseconds);

            WaitForMultipleObjects(DWORD dwCount,CONST HANDLE* phObjects,BOOL bWaitAll,DWORD dwMilliseconds);

dwMilliseconds常传INFINITE,但要注意死锁。

    2.事件

        创建:CreateEvent和CreateEventEx

触发:SetEvent

        未触发:ResetEvent

    3.可等待的计时器

      创建:CreateWaitableTimer

      得到已存在的可等待计时器句柄:OpenWaitableTimer

      触发:SetWaitableTimer

4.信号量

            创建:CreateSemaphore和CreateSemaphoreEx

            触发:当前资源计数大于0

    得到句柄:OpenSemaphore

5.互斥量内核对象

    线程ID为0(无效线程ID),那么该互斥量不为任何线程所占用,它处于触发状态

    如果ID非0,那么有一个线程已经占用了互斥量,它处于未触发状态

    创建:CreateMutex和CreateMutexEx

    另一个进程得到句柄:OpenMutex