Transcript Windwos 多线程程序设计

Windwos 多线程程序设计
1.
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多线程概述
Win32 API对多线程编程的支持
线程之间的同步
哲学家进餐问题分析与实现
1、多线程概述（1）
• 进程和线程都是操作系统的概念。进程是应用程
序的执行实例，每个进程是由私有的虚拟地址空
间、代码、数据和其它各种系统资源组成，进程
在运行过程中创建的资源随着进程的终止而被销
毁，所使用的系统资源在进程终止时被释放或关
闭。
• 线程是进程内部的一个执行单元。系统创建好进
程后，实际上就启动执行了该进程的主执行线程，
主执行线程以函数地址形式，比如说main或
WinMain函数，将程序的启动点提供给Windows
系统。主执行线程终止了，进程也就随之终止。
多线程概述（2）
• 每一个进程至少有一个主执行线程，它无需由用户去主动
创建，是由系统自动创建的。用户根据需要在应用程序中
创建其它线程，多个线程并发地运行于同一个进程中。一
个进程中的所有线程都在该进程的虚拟地址空间中，共同
使用这些虚拟地址空间、全局变量和系统资源，所以线程
间的通讯非常方便，多线程技术的应用也较为广泛。
• 多线程可以实现并行处理，避免了某项任务长时间占用
CPU时间。要说明的一点是，目前大多数的计算机都是单
处理器（CPU）的，为了运行所有这些线程，操作系统为
每个独立线程安排一些CPU时间，操作系统以轮换方式向
线程提供时间片，这就给人一种假象，好象这些线程都在
同时运行。由此可见，如果两个非常活跃的线程为了抢夺
对CPU的控制权，在线程切换时会消耗很多的CPU资源，
反而会降低系统的性能。这一点在多线程编程时应该注意。
多线程概述（3）
•
Win32 SDK函数支持进行多线程的程序
设计，并提供了操作系统原理中的各种同
步、互斥和临界区等操作。Visual C++ 6.0
中，使用MFC类库也实现了多线程的程序
设计，使得多线程编程更加方便。
2、Win32 API对多线程编程的支持
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CreateThread
SuspendThread
ResumeThread和 ExitThread
GetExitCodeThread
TerminateThread
WaitForSingleObject
WaitForMultipleObjects
CreateThread的原型
• HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
DWORD dwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
LPVOID lpParameter,
DWORD dwCreationFlags,
LPDWORD lpThreadId);
CreateThread的参数
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该函数在其调用进程的进程空间里创建一个新的线程，并返回已建线程的句
柄 HANDLE
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes：指向一个
SECURITY_ATTRIBUTES 结构的指针，该结构决定了线程的安全属性，一
般置为 NULL；
DWORD dwStackSize：指定了线程的堆栈深度，一般都设置为0；
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress ：表示新线程开始执行时代
码所在函数的地址，即线程的起始地址。一般情况为
(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc，ThreadFunc 是线程函数名；
LPVOID lpParameter ：指定了线程执行时传送给线程的32位参数，即线程
函数的参数；
DWORD dwCreationFlags ：控制线程创建的附加标志，可以取两种值。如
果该参数为0，线程在被创建后就会立即开始执行；如果该参数为
CREATE_SUSPENDED,则系统产生线程后，该线程处于挂起状态，并不马
上执行，直至函数ResumeThread被调用；
LPDWORD lpThreadId lpThreadId：该参数返回所创建线程的ID；
如果创建成功则返回线程的句柄，否则返回NULL。
SuspendThread
• DWORD SuspendThread(HANDLE
hThread);
• 该函数用于挂起指定的线程，如果函数执
行成功，则线程的执行被挂起。
ResumeThread和 ExitThread
• DWORD ResumeThread(HANDLE
hThread);该函数用于结束线程的挂起状态，
执行线程。
• VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);
该函数用于线程终结自身的执行，主要在线
程的执行函数中被调用。其中参数
dwExitCode用来设置线程的退出码。
GetExitCodeThread
• 功能： 获取一个结束线程的返回值
• 原形： BOOL GetExitCodeThread( HANDLE
hThread, LPDWORD lpExitCode);
• 参数：hThread 指向欲获取返回值的线程对象的
句柄
• lpExitCode 用于存储线程的返回值
STILL_ACTIVE 表示线程还在运行，其他值表示线
程的返回值
• 返回值：函数执行成功则返回非0值，否则返回 0
（FALSE）
TerminateThread
• BOOL TerminateThread(HANDLE
hThread,DWORD dwExitCode);
• 一般情况下，线程运行结束之后，线程函数正常
返回，但是应用程序可以调用TerminateThread强
行终止某一线程的执行。各参数含义如下：
• hThread：将被终结的线程的句柄；
• dwExitCode：用于指定线程的退出码。
• 使用TerminateThread()终止某个线程的执行是不
安全的，可能会引起系统不稳定；虽然该函数立
即终止线程的执行，但并不释放线程所占用的资
源。因此，一般不建议使用该函数。
WaitForSingleObject
• DWORD WaitForSingleObject(HANDLE
hHandle,DWORD dwMilliseconds);
• hHandle为要监视的对象（一般为同步对象，也可以是线
程）的句柄；
• dwMilliseconds为hHandle对象所设置的超时值，单位为
毫秒；
• 当在某一线程中调用该函数时，线程暂时挂起，系统监视
hHandle所指向的对象的状态。如果在挂起的
dwMilliseconds毫秒内，线程所等待的对象变为有信号状
态，则该函数立即返回；如果超时时间已经到达
dwMilliseconds毫秒，但hHandle所指向的对象还没有变
成有信号状态，函数照样返回。参数dwMilliseconds有
两个具有特殊意义的值：0和INFINITE。若为0，则该函
数立即返回；若为INFINITE，则线程一直被挂起，直到
hHandle所指向的对象变为有信号状态时为止。
WaitForMultipleObjects
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DWORD WaitForMultipleObjects(
DWORD nCount, // 等待的对象数量
CONST HANDLE *lpHandles, // 对象句柄数组指针
BOOL fWaitAll, // 等待方式，为TRUE表示等待全部对象都变为有信号状态才
返回，为FALSE表示任何一个对象变为有信号状态则返回
DWORD dwMilliseconds // 超时设置，以ms为单位，如果为INFINITE表示
无限期的等待 );
返回值意义：
WAIT_OBJECT_0 到 (WAIT_OBJECT_0 + nCount – 1)：当fWaitAll为TRUE
时表示所有对象变为有信号状态，当fWaitAll为FALSE时使用返回值减去
WAIT_OBJECT_0得到变为有信号状态的对象在数组中的下标。
WAIT_ABANDONED_0 到 (WAIT_ABANDONED_0 + nCount – 1)：表示对
象中有一个对象为互斥量，该互斥量因为被关闭而成为有信号状态，使用返
回值减去WAIT_ABANDONED_0得到变为有信号状态的对象在数组中的下标。
WAIT_TIMEOUT：表示超过规定时间。
线程之间的同步
• 各个线程可以访问进程中的公共变量，所以使用
多线程的过程中需要注意的问题是如何防止两个
或两个以上的线程同时访问同一个数据，以免破
坏数据的完整性。保证各个线程可以在一起适当
的协调工作称为线程之间的同步。前面一节介绍
的事件对象实际上就是一种同步形式。
• 临界区（critical section）
• 互斥体（Mutexes）
• 信号量（Semaphore）
• 事件(Event)
临界区（CRITICAL_SECTION）
• 临界区是保证在某一个时间只有一个线程
可以访问数据的方法。使用它的过程中，
需要给各个线程提供一个共享的临界区对
象，无论哪个线程占有临界区对象，都可
以访问受到保护的数据，这时候其它的线
程需要等待，直到该线程释放临界区对象
为止，临界区被释放后，另外的线程可以
强占这个临界区，以便访问共享的数据。
用临界区对象：
临界区的操作函数
• VOID InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection );产生临界区
• VOID DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection );删除临界区
• VOID EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection );进入临界区，相当于申请加锁，如果该
临界区正被其他线程使用则该函数会等待到其他线程释放
• BOOL TryEnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection );进入临界区，相当于申请加锁，和
EnterCriticalSection不同如果该临界区正被其他线程使用
则该函数会立即返回FALSE，而不会等待
• VOID LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION
lpCriticalSection );退出临界区，相当于申请解锁
互斥体(MUTEXS)
• 互斥体与临界区很相似，但是使用时相对
复杂一些，它不仅可以在同一应用程序的
线程间实现同步，还可以在不同的进程间
实现同步，从而实现资源的安全共享。
互斥量的操作函数（建立与打开）
• 创建互斥量：
HANDLE CreateMutex(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,// 安全信息 ，NULL表
示默认属性
BOOL bInitialOwner, // 最初状态，如果设置为真，则表示创建它的线程
直接拥有了该互斥量，而不需要再申请
LPCTSTR lpName // 名字，可以为NULL，但这样一来就不能被其他进
程打开 );
• 打开一个存在的互斥量：
HANDLE OpenMutex(
DWORD dwDesiredAccess, // 存取方式
BOOL bInheritHandle, // 是否可以被继承
LPCTSTR lpName // 名字 );
互斥量的操作函数（释放与关闭）
• 释放互斥量的使用权，但要求调用该函数
的线程拥有该互斥量的使用权：
BOOL ReleaseMutex（HANDLE hMutex // 句柄 );
• 关闭互斥量：
BOOL CloseHandle( HANDLE hObject // 句柄 );
获取互斥量的使用权 （1）
• DWORD WaitForSingleObject(
• HANDLE hHandle, // 等待的对象的句柄
• DWORD dwMilliseconds // 等待的时间，以ms为
单位，如果为INFINITE表示无限期的等待 );
• 返回： WAIT_ABANDONED 在等待的对象为互
斥量时表明因为互斥量被关闭而变为有信号状态
• WAIT_OBJECT_0 得到使用权
• WAIT_TIMEOUT 超过（dwMilliseconds）规定
时间
获取互斥量的使用权 （2）
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•
•
DWORD WaitForMultipleObjects(
DWORD nCount, // 等待的对象数量
CONST HANDLE *lpHandles, // 对象句柄数组指针
BOOL fWaitAll, // 等待方式，为TRUE表示等待全部对象都变为有信号状态才
返回，为FALSE表示任何一个对象变为有信号状态则返回
DWORD dwMilliseconds // 超时设置，以ms为单位，如果为INFINITE表示
无限期的等待 );
返回值意义：
WAIT_OBJECT_0 到 (WAIT_OBJECT_0 + nCount – 1)：当fWaitAll为TRUE
时表示所有对象变为有信号状态，当fWaitAll为FALSE时使用返回值减去
WAIT_OBJECT_0得到变为有信号状态的对象在数组中的下标。
WAIT_ABANDONED_0 到 (WAIT_ABANDONED_0 + nCount – 1)：表示对
象中有一个对象为互斥量，该互斥量因为被关闭而成为有信号状态，使用返
回值减去WAIT_ABANDONED_0得到变为有信号状态的对象在数组中的下标。
WAIT_TIMEOUT：表示超过规定时间。
信号量（Semaphore ）
信号量的用法和互斥的用法很相似，不同的
是它可以同一时刻允许多个线程访问同一
个资源。
信号量操作函数（1）
• 创建信号灯：
HANDLE CreateSemaphore(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,// 安
全属性，NULL表示使用默认的安全描述
LONG lInitialCount, // 初始值
LONG lMaximumCount, // 最大值
LPCTSTR lpName // 名字 );
• 打开信号灯：
HANDLE OpenSemaphore(
DWORD dwDesiredAccess, // 存取方式
BOOL bInheritHandle, // 是否能被继承
LPCTSTR lpName // 名字 );
信号量操作函数（2）
• 释放信号灯：
• BOOL ReleaseSemaphore( HANDLE
hSemaphore, // 句柄 LONG
lReleaseCount, // 释放数，让信号灯值增加
数 LPLONG lpPreviousCount // 用来得到
释放前信号灯的值，可以为NULL );
• 关闭信号灯： BOOL
CloseHandle( HANDLE hObject // 句柄 );
事件
• 事件，前面讲的信号灯和互斥量可以保证资源被
正常的分配和使用，而事件是用来通知其他进程/
线程某件操作已经完成。
• 事件对象可以一两种方式创建，一种为自动重置，
在其他线程使用WaitForSingleObject等待到事件
对象变为有信号后该事件对象自动又变为无信号
状态，一种为人工重置在其他线程使用
WaitForSingleObject等待到事件对象变为有信号
后该事件对象状态不变。例如有多个线程都在等
待一个线程运行结束，我们就可以使用人工重置
事件，在被等待的线程结束时设置该事件为有信
号状态，这样其他的多个线程对该事件的等待都
会成功（因为该事件的状态不会被自动重置）。
事件对象操作函数（1）
• 创建事件对象：
• HANDLE CreateEvent(
• LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,// 安全属
性，NULL表示使用默认的安全描述
• BOOL bManualReset, // 是否为人工重置
• BOOL bInitialState, // 初始状态是否为有信号状态
• LPCTSTR lpName // 名字 );
• 打开事件对象：
• HANDLE OpenEvent(
• DWORD dwDesiredAccess, // 存取方式
• BOOL bInheritHandle, // 是否能够被继承
• LPCTSTR lpName // 名字 );
事件对象操作函数（2）
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设置事件为无信号状态：
BOOL ResetEvent( HANDLE hEvent // 句柄 );
设置事件有无信号状态：
BOOL SetEvent( HANDLE hEvent // 句柄 );
关闭事件对象：
BOOL CloseHandle( HANDLE hObject // 句柄 );