VC线程同步技术剖析

        在程序中使用多线程时，一般很少有多个线程能在其生命期内进行完全独立的操作，更多的情况是一些线程进行某些处理操作，而其他的线程必须对其处理结果进行了解。正常情况下对这种处理结果的了解应当在其处理任务完成后进行。如果不采取适当的措施，其他线程往往会在线程处理任务结束前就去访问处理结果，这就很有可能得到有关处理结果的错误了解，如多个线程同时访问同一个全局变量。为了确保读线程读取到的是经过修改的变量，就必须在向变量写入数据时禁止其他线程对其的任何访问，直至赋值过程结束后再解除对其他线程的访问限制。像这种保证线程能了解其他线程任务处理结束后的处理结果而采取的保护措施即为线程同步。

        线程同步是一个非常大的话题，从大的方面讲，线程的同步可分用户模式的线程同步和内核对象的线程同步两大类。用户模式中线程的同步方法主要有原子访问和临界区等方法。其特点是同步速度特别快，适合于对线程运行速度有严格要求的场合。内核对象的线程同步则主要由事件、等待定时器、信号量以及信号灯等内核对象构成。由于这种同步机制使用了内核对象，使用时必须将线程从用户模式切换到内核模式，而这种转换一般要耗费近千个CPU周期，因此同步速度较慢，但在适用性上却要远优于用户模式的线程同步方式。

■ 临界区

临界区（Critical Section）是一段独占对某些共享资源访问的代码，在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。临界区在使用时以CRITICAL_SECTION结构对象保护共享资源，并分别用EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()函数去标识和释放一个临界区。所用到的CRITICAL_SECTION结构对象必须经过InitializeCriticalSection()的初始化后才能使用，而且必须确保所有线程中的任何试图访问此共享资源的代码都处在此临界区的保护之下。

在使用临界区时，一般不允许其运行时间过长，只要进入临界区的线程还没有离开，其他所有试图进入此临界区的线程都会被挂起而进入到等待状态，并在一定程度上影响程序的运行性能。尤其需要注意：不要将等待用户输入或是其他一些外界干预的操作包含到临界区。

MFC为临界区提供有一个CCriticalSection类，使用该类进行线程同步处理是非常简单的，只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数Lock()和UnLock()标定出被保护代码片段即可

■ 事件内核对象 

在线程通信时可以使用事件内核对象来进行线程间的通信，除此之外，事件内核对象也可以通过通知操作的方式来保持线程的同步。

在创建线程前，首先创建一个可以自动复位的事件内核对象hEvent，而线程函数则通过WaitForSingleObject()等待函数无限等待hEvent的置位，只有在事件置位时WaitForSingleObject()才会返回，被保护的代码将得以执行。对于以自动复位方式创建的事件对象，在其置位后一被WaitForSingleObject()等待到就会立即复位。

使用临界区只能同步同一进程中的线程，而使用事件内核对象则可以对进程外的线程进行同步，其前提是得到对此事件对象的访问权。可以通过OpenEvent()函数获取得到。

MFC为事件相关处理也提供了一个CEvent类，共包含有除构造函数外的4个成员函数PulseEvent()、ResetEvent()、SetEvent()和UnLock()。在功能上分别相当与Win32 API的PulseEvent()、ResetEvent()、SetEvent()和CloseHandle()等函数。而构造函数则履行了原CreateEvent()函数创建事件对象的职责。

■ 信号量内核对象 

信号量（Semaphore）内核对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。在用CreateSemaphore()创建信号量时即要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。线程在处理完共享资源后，应在离开的同时通过ReleaseSemaphore()函数将当前可用资源计数加1。

使用信号量内核对象进行线程同步主要会用到CreateSemaphore()、OpenSemaphore()、ReleaseSemaphore()、WaitForSingleObject()和WaitForMultipleObjects()等函数。

信号量的使用特点使其更适用于对Socket（套接字）程序中线程的同步。

■ 互斥内核对象

互斥（Mutex）内核对象能够保证多个线程对同一共享资源的互斥访问。同临界区有些类似，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限，由于互斥对象只有一个，因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。

与其他几种内核对象不同，互斥对象在操作系统中拥有特殊代码，并由操作系统来管理，操作系统甚至还允许其进行一些其他内核对象所不能进行的非常规操作。

以互斥内核对象来保持线程同步可能用到的函数主要有CreateMutex()、OpenMutex()、ReleaseMutex()、WaitForSingleObject()和WaitForMultipleObjects()等。在使用互斥对象前，首先要通过CreateMutex()或OpenMutex()创建或打开一个互斥对象。

互斥对象多用在对那些为多个线程所访问的内存块的保护上，可以确保任何线程在处理此内存块时都对其拥有可靠的独占访问权。

在MFC中通过CMutex类进行表述。使用CMutex类的方法非常简单，在构造CMutex类对象的同时可以指明待查询的互斥对象的名字，在构造函数返回后即可访问此互斥变量。CMutex类也是只含有构造函数这唯一的成员函数，当完成对互斥对象保护资源的访问后，可通过调用从父类CSyncObject继承的UnLock()函数完成对互斥对象的释放。