Windows线程同步——互斥量对象

雨点打透心脏的1/2处 2022-06-14 10:24 297阅读 0赞

## 1. 概述 ##

当两个或更多线程需要同时访问一个共享资源时，为了保证程序的正常运行，需要保证同一个资源在同一时刻只能有一个线程去访问它。Mutex 是同步基元，它只向一个线程授予对共享资源的独占访问权。如果一个线程获取了互斥体，则要获取该互斥体的第二个线程将被挂起，直到第一个线程释放该互斥体。

互斥量与关键段（线程同步方式）的行为完全相同，当互斥量是内核对象，而关键段是用户模式下的的同步对象。互斥量对象包含： 一个线程 ID ，使用计数和递归计数 。线程 ID 表示当前占用该互斥量的线程 ID ，递归计数表示该线程占用互斥量的次数，使用计数表示使用互斥量对象的不同线程的个数。

互斥量对象有许多用途，它是使用最为频繁的内核对象之一，一般用来对多个进程访问同一块内存进行同步。

## 2. 互斥量相关API ##

### 2.1 CreateMutex()函数 ###

HANDLE WINAPI CreateMutex(
      _In_opt_ LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
      _In_     BOOL                  bInitialOwner,
      _In_opt_ LPCTSTR               lpName
    );

参数说明

**lpMutexAttributes：**互斥量安全访问属性，一般置为 NULL ；  
**bInitialOwner：**控制互斥量的初始状态，一般设置为 false ，是互斥量的线程 ID 和递归计数都设为 0 ，表示互斥量不被任何进程占用，处于触发状态，其他进程可以进行调用等待函数，获得该互斥量对象，获得对同步资源的占用。如果初始值设为 true ，互斥量的线程 ID 设置为当前线程，递归计数设为 1 ，表示当前线程占用互斥量对象，拥有对同步资源的独占，互斥量处于未触发状态。  
**lpName：**用于创建有名的内核对象，即用来创建跨进程边界的内核对象。

CreateMutex 用于创建名为 lpName 的互斥量内核对象，并返回指向该内核对象的句柄。如果该内核对象已经存在，那么 CreateMutex 会返回该内核对象的句柄，并通过系统返回错误 ERROR\_ALREADY\_EXISTS ，通过 GetLastError （）获得。

### 2.2 OpenMutex()函数 ###

HANDLE WINAPI OpenMutex(
      _In_ DWORD   dwDesiredAccess,
      _In_ BOOL    bInheritHandle,
      _In_ LPCTSTR lpName
    );

参数说明

**dwDesiredAccess：**对互斥量对象访问权限的设置， MUTEX\_ALL\_ACCESS  请求对互斥体的完全访问， MUTEX\_MODIFY\_STATE  允许使用  ReleaseMutex  函数， SYNCHRONIZE  允许互斥体对象同步使用；  
**bInheritHandle：**是否希望子进程继承互斥量对象的句柄，一般设置为false ；  
**lpName：**要打开的互斥量对象的名称；

OpenMutex 用于打开已经存在的互斥量对象，若打开成功，则返回指向该内核对象的句柄，否则返回 NULL 。可以使用 CreateMutex 来实现打开功能。

### 2.3 WaitForSingleObject()函数 ###

DWORD WINAPI WaitForSingleObject(
      _In_ HANDLE hHandle,
      _In_ DWORD  dwMilliseconds
    );

参数说明

**hHandle ：**指向内核对象的句柄；  
**dwMilliseconds：**线程最大等待多长时间，直到该对象被触发。经常使用INFINITE ，表示阻塞等待。

WaitForSingleObject被称呼为等待函数，是等待内核对象被触发通用的等待函数，被用在所有的内核对象触发等待中。等待函数在等待互斥量内核对象时，会进行互斥量的线程ID 是否为 0 ，如果为非 0 ，表示互斥量处于未触发状态，等待函数会被阻塞。当另外一个线程将互斥量释放，使其线程 ID 为 0 时，系统会唤醒阻塞的等待函数，把互斥量的线程 ID 设置为它的线程 ID ，使其成为可调度状态 。  
还有一个WaitForMultipleObject函数，用于等待多个内核对象被触发。

### 2.4 ReleaseMutex() 函数 ###

BOOL WINAPI ReleaseMutex(
      _In_ HANDLE hMutex
    );

参数说明

**hMutex：**互斥量内核对象的句柄；

当一个线程访问完通过互斥量对象获得的独占资源后，应该调用ReleaseMutex，使互斥量恢复为未触发状态。即设置互斥量对象的线程ID 和递归计数为 0 ，当递归计数大于 1 时，还有进行对应多次的 ReleaseMutex 。

## 3. 示例代码 ##

DWORD WINAPI my_thread1(LPVOID m_pParameter);	//用户线程1
    DWORD WINAPI my_thread2(LPVOID m_pParameter);	//用户线程2
    UINT count = 0;									//全局的计数函数
    HANDLE m_hMutex;								//定义一个互斥量句柄
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	system("color f0");
    	int count_size(50);
    	m_hMutex = ::CreateMutex(NULL, false, NULL);		//初始化互斥量
    	HANDLE m_h1 = CreateThread(NULL, NULL, my_thread1, &count_size, NULL, NULL);	//用户线程1
    	HANDLE m_h2 = CreateThread(NULL, NULL, my_thread2, &count_size, NULL, NULL);	//用户线程2
    	::WaitForSingleObject(m_h1, INFINITE);	//等待子线程结束
    	::WaitForSingleObject(m_h2, INFINITE);	//等待子线程结束
    	::CloseHandle(m_hMutex);			//关闭句柄
    	::CloseHandle(m_h1);
    	::CloseHandle(m_h2);
    	system("pause");
    	return 0;
    }
    
    //用户线程1
    DWORD WINAPI my_thread1(LPVOID m_pParameter)
    {
    	UINT* my_count = (UINT*)m_pParameter;
    	cout << "thread1" << endl;
    	for (int i = 0; i < *my_count; ++i)
    	{
    		::WaitForSingleObject(m_hMutex, INFINITE);	//等待互斥量
    		count = i;
    		cout << count << "\t";
    		::ReleaseMutex(&m_hMutex);					//释放互斥量
    	}
    	return 0;
    }
    
    //用户线程2
    DWORD WINAPI my_thread2(LPVOID m_pParameter)
    {
    	UINT* my_count = (UINT*)m_pParameter;
    	cout << "thread2" << endl;
    	for (int i = 0; i < *my_count; ++i)
    	{
    		::WaitForSingleObject(m_hMutex, INFINITE);	//等待互斥量
    		count = i;
    		cout << count << "\t";
    		::ReleaseMutex(&m_hMutex);					//释放互斥量
    	}
    	return 0;
    }