多线程一

一些基础知识

进程包含内存和资源。资源包括内核对象，用户资源，以及GDI资源。

内存主要包括：代码，数据（全局变量和静态变量，以及动态分配的控件），以及堆栈。

在同一个进程中的线程大家共用内存以及资源。

context switch（CONTEXT结构）：用于线程切换场景保存。

race conditions(竞争条件)

多线程无法预期，执行持续无法保证。

 

1.内核对象

        内核对象可以拥有多个拥有者，甚至可以是跨进程的。内核对象使用引用计数来表示有多少拥有者，内核对象中也记录了那个线程或进程是拥有者。当我们调用返回handle的函数时，引用计数会加1，调用CloseHandle函数，引用计数会减1.当引用计数为0时，内核对象将被操作系统从内存中销毁。

       常见的内核对象：进程，线程，文件，事件，信号量，互斥器，管道。

       释放内核对象：CloseHandle(HANDLE hHandle);//引用计数减1.

       如果进程结束前没有对它所调用的内核对象调用CloseHandle函数，系统会自动对这些内核对象引用计数减1.但，建议一定要调用CloseHandle函数，因为可能造成资源泄漏。

       线程内核对象：当线程正在执行时，处于未激发状态；当线程结束运行时，处于激发状态。当线程内核对象处于激发对象时，其他等待的线程，都会被唤醒。

       进程内核对象：当进程正在执行时，处于未激发状态；当进程结束运行时，出于激发状态。

       文件内核对象：当console窗口的输入缓冲区有数据可用时，将处于激发状态。

       事件内核对象：通过CreateEvent函数来设置开始时的状态。其可以分为人工重置和自动重置。人工重置，可以通过SetEvent函数和ResetEvent函数来设置状态。自动重置，当等待函数返回后，自动将事件内核对象设置为激发状态。

       信号量内核对象：当计数器的值大于0时，处于激发状态；当计数器等于0时，处于未激发状态。

       互斥内核对象:如果一个互斥量没被任何线程拥有，它将处于激发状态；一旦一个等待互斥量的函数返回时，它将自动被设置为未激发状态。

2.线程内核对象

       线程内核对象引用到的那个线程也会另这个内核对象开启，因此线程内核对象的默认计数为2，当调用CloseHandle时，引用计数减1，当线程结束时，引用计数再减1.

       win32函数错误处理：一个宏：MTVERITY。如果win32函数执行失败，其会打印一行文字说明.

3.线程函数

(1).创建线程的函数：CreateThread(...)，其调用成功会返回一个线程的handle,调用失败会返回FALSE。其还会传回一个线程ID。

     线程函数的原型为：DROD  WINAPI 函数名(LVOID  参数名);

     handle是一个内核对象，实际上是一个指针，其指向内存的某样东西，你不能够直接取得这样东西。handle为进程所有。

     线程ID可以表示系统中任意进程中的线程，即时唯一的。

(2).将线程挂起调用函数：SuspendThread()（可以将其他线程挂起）;

(3).将挂起的线程恢复执行调用函数：ResumeThread()；

(4).结束线程：VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);

(5).获取线程结束代码：GetExitCodeThread(HANDLE,LPDWORD)；

     //执行成功返回TRUE，执行失败返回FLASE，可以通过函数GetLastError获取失败原因。如果线程仍在执行，则第二个参数为STILL_ACTIVE。

等待函数：

       (1):WaitForSingleObject();等待目标内核对象变为激发状态，返回WAIT_OBJECT_0;时间结束，返回WAIT_TIMEOUT;

       (2):WaitForMultipleObject():可以等待多个目标内核对象，有两种情况的设置：一种为等待对象中有一个对象处于激发状态就返回，一种为全部对象处于激发状态才返回。其返回值有：WAIT_TIMEOUT；WAIT_OBJECT_0；返回值-WAIT_OBJECT_0；WAIT_FAILED；当等待对象有互斥量时，返回值可能为：WAIT_ABANDONED_0~WAIT_ABANDONED_0_nCount-1;

       (3):MsgWaitForMultipleObject():它会在对象被激发或消息到达队列时被唤醒时返回。其相比WaitForMultipleObject函数多一个返回值WAIT_OBJECT_0+nCount,表示消息到达消息队列。

 

 线程同步

 1.临界区

       临界区不是内核对象，其只在存在同一个进程中，也就是说只能同一个进程的线程才能使用它。当一个线程通过EnterCriticalSection函数进入临界区后，可以多次重复进入该临界区，离开时也应该调用相同次数的Leave函数。

   使用方法：1）声明一个类型为CRITICAL_SECTION的变量；

                      2）使用InitializeCriticalSection()函数对该变量进行初始化。

                      3）线程使用EnterCriticalSection()函数进入临界区，这样该临界区被锁定，其它线程就不能访问了。

                      4）线程是用LeaveCritcalSection()函数离开临界区，其他线程获得禁区临界区的机会。

                      5）使用 DeleteCriticalSection()函数对该变量进行清除。

   注：如果进入临界区的线程结束了或死掉了，但没有调用LeaveCriticalSection函数，系统是没有办法将该临界区清除的，因为临界区不是内核对象。

2. 互斥器

      互斥器是内核对象，其能够被不同进程的线程拥有，其相对于临界区花费的时间更多（大约100倍）。

      当没有线程拥有互斥器时，处于激活状态（应该说：当线程没有被任何线程拥有时，该互斥器处于未激活状态。当有一个Wait函数处于等待状态时，互斥器会短暂处于激活状态，这样等待函数得以返回，而互斥器就变为未激活和状态）。当有线程拥有互斥器时，处于未激活状态。

    1）创建一个互斥器：CreateMutex().   如果创建的互斥器已经存在（名称存在），则会返回一个已经存在的互斥器的句柄。

        通过名字打开一个互斥器：OpenMutex().

    2）释放互斥器：ReleaseMutex();  当你用等待函数获取拥有权后，都要调用该函数，已释放拥有权。

    3）CloseHandle();

      如果拥有该互斥量的线程在结束时（不论是调用ExitThread还是死掉），没有释放掉这个互斥量（即调用ReleaseMutex）,那么这个互斥量会被视为“未拥有”及“未激活状态”。而这时，如果有WaiForSingleObject函数处于等待状态会返回WAIT_ABANDONED_0，如果是WaitForMultipleObject函数则返回WAIT_ABANDONED_0到WAIT_ABANDON_0+n-1中的一个值，表示那个互斥器处于该状态。

3.信号量

    大于0.处于激发状态，等于0处于未激发状态。   

  和互斥量的区别：（1）对于信号量，一个线程可以反复调用Wait函数参数新的锁定，因为信号量不会有“拥有权”问题。而对于互斥器来说，一个拥有互斥器的线程不论调用多少次Wait函数，都不会处于阻塞态。（2）和互斥器不同，调用ReleaseSemaphore函数的线程不一定是调用等待函数的那个线程。任何线程在任何时间都可以调用ReleaseSemaphore函数，来释放任何线程锁定的信号量。

       1）创建信号量：CreateSemaphore()

            运用名称打开一个已经存在的信号量：OpenSemaphore()

      2）解除锁定：ReleaseSemaphore()    当你用等待函数后，都要调用。将其值加一，加一后的值不会大于最大值。

      3)CloseHandle()

4.事件

     事件和互斥器、信号量一样都是内核对象。事件的唯一目的是成为激发状态或未激发状态，状态由程序控制，不受等待函数的影响（副作用）。

      1）创建事件：CreateEvent()   可以通过该函数来设置事件的起始状态，以及状态是人工重置还是自动重置。

           打开已有事件对象：OpenEvent()

      2）CloseHandle();

       SetEvent()：将事件设置为激发状态，

      人工重置：调用ResetEvent函数将事件设置为未激发状态。

      自动重置：当事件处于激发态（唤醒一个线程后）后，事件自动重置为未激发状态。

      PluseEvent：当是人工重置时，将事件设为激发状态，唤醒所有等待的线程，然后事件恢复未激发状态；当是自动重置时，将事件设为激发状态，唤醒一个等待的线程，然将事件设为未激发状态。

5.Interlocked函数

      Interlocked函数对32的变量进行操作，无“等待”机能，其有两个函数（都只能和0比较）：

     1）InterlockedIncrement()：递增

     2）InterlockedDecrement()：递减

     3）InterlockedExchang():锁定一个新值，返回旧值

 

结束线程

    1.使用TerminateThread()函数强制结束函数。

       造成的影响：线程没来得及清理自己；线程的堆栈没释放；只是将线程变为激活状态。因此尽量不要用这个函数。

    2.调用函数：ExitThread();

    3.线程函数正常结束。

 

优先级

决定线程优先级的三个因素分别为：优先级类别、优先级层次和动态提升值。

 

1.优先权类别

4个优先权类别：      

      HIGH_PRIORITY_CLASS     基础优先权值为13；IDLE_PRIORITY_CLASS   基础优先权值为4；

       NORMAL_PRIORITY_CLASS  基础优先权值为7或者8；REALTIME_PRIOTITY_CLASS 基础优先权为24；

  优先权类别使用于进程不适用于线程。可以通过SetPriorityClass函数和GetPriorityClass函数来调整和获取优先级类别值。

 2.优先级层次

     优先级层次是对进程的优先权类别的修改，其用于调整进程中线程的相对重要性。可以通过SetThreadPriority函数和GetThreadPriority函数来改变和获取优先级层次的值。

7个优先级层次为：

     THREAD_PRIORITY+HIGHEST    调整值为:+2

     THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL   调整值为：+1

     THREAD_PRIROTY_NORMAL     调整值为：0

     THREAD_PRIROTY_BELOW_NORMAL   调整值为：-1

     THREAD_PRIROTY_LOWEST     调整值为：-2

     THREAD_PRIROTY_IDLE            调整值为：Set to 1

     THREAD_PRIROTY_TIME_CRITICAL        调整值为：Set to 15

  3.动态提升

动态提升是指：对优先权的一种调整，是系统能够机动对待线程，已强化程序的可用性。

在下列5种情况下，Windows 会提升线程的当前优先级：

　　A)   I/O操作完成

　　B)   信号量或事件等待结束

　　C)   前台进程中的线程完成一个等待操作

　　D)   由于窗口活动而唤醒图形用户接口线程

　　E)    线程处于就绪状态超过一定时间，但没能进入运行状态(处理机饥饿)

重叠I/O（overlapped I/O）
win32的文件操作函数

       A)  CreateFile():用于打开资源各种资源，包括（不限于）文件、串行口和并行口、命名管道、Console。

       B)  ReadFile()和WriteFile():可以同时读文件的不同部分，没有目前文件位置的概念。

OVERLAPPED结构体：

typedef struct _OVERLAPPED{

        DWORD  Internal;

        DWORD  InternalHigh;

        DWORD  Offset;//文件开始读火邪相对文件头开始的便宜位置

        DWORD  OffsetHigh;

        HANDLE hEvent;一个手动充值的事件内核对象，在重叠I/0完成即被激发、

  }OVERLAPPED,*LPOVERLAPPED;

 被激发的事件内核对象

       使用重叠I/O并搭配事件内核对象，使用WaitForMultipleObject函数，最多才能等待MAXIMUM_WAIT_OBJECTS个对象（一般操作系统定义为64个），再多就无法处理了。在一个就是你需要不断的判断是那个handle被激发。

 异步过程调用

         为了解决上面使用内核对象带来的两个问题，我们可以使用带“EX”的两个ReadFile和WriteFile函数。这两函数多了一个参数，用于指定回调函数。这个函数只有在重叠I/O完成后，且系统处于“alertable”状态时，才会调用。当系统不处于“alertable”状态时，回到函数会等待其处于该状态后在运行。以下5个函数处于等待状态，会将“alertable”标记设为TRUE，因而处于“alertable”状态：

        A) SleepEx()

        B) WaitForsingleobjectEx()

        C) WaitForMultipleObjectEx()

        D) MsgWaitForMultipleObjectEx()

        E) SignalObjectAndWait()

回调函数的原型： 

      VOID WINAPI FileIOCompletionRoution(

            DWORD   dwErrorCode,

            DWORD   dwNumberOfBytesTransferred,

            LPOVERLAPPED  lpOverlapped

       );