(转)临界区，互斥量，信号量，事件的区别(线程同步)

短命女 2022-07-13 15:55 246阅读 0赞

四种进程或线程同步互斥的控制方法  
1、临界区:通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。  
2、互斥量:为协调共同对一个共享资源的单独访问而设计的。  
3、信号量:为控制一个具有有限数量用户资源而设计。  
4、事 件:用来通知线程有一些事件已发生，从而启动后继任务的开始。  
  
临界区（Critical Section）

保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。如果有多个线程试图同时访问临界区，那么 在有一个线 程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。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。  
临界区包含两个操作原语：  
EnterCriticalSection（） 进入临界区  
LeaveCriticalSection（） 离开临界区  
EnterCriticalSection（） 语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么，必须确保与之匹配的 LeaveCriticalSection（）都能够被执行到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快，但却只能用来同步本 进程内的线程，而不可用来同步多个进程中的线程。  
MFC提供了很多功能完备的类，我用MFC实现了临界区。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。Lock（）后代 码用到的资源自动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访问这些资源。  
互斥量（Mutex）  
  
互斥量跟临 界区很相似，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。互斥量比临界区复杂。因为使用互斥不仅仅能够在同 一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。  
  
互斥量包含的几个操作原语：  
CreateMutex（） 创建一个互斥量  
OpenMutex（） 打开一个互斥量  
ReleaseMutex（） 释放互斥量  
WaitForMultipleObjects（） 等待互斥量对象  
  
同样MFC为互斥量提供有一个CMutex类。使用CMutex类实现互斥量操作非常简单，但是要特别注意对CMutex的构造函数的调用  
CMutex( BOOL bInitiallyOwn = FALSE, LPCTSTR lpszName = NULL, LPSECURITY\_ATTRIBUTES lpsaAttribute = NULL)  
不用的参数不能乱填，乱填会出现一些意想不到的运行结果。

信号量（Semaphores）

信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源，这与操作系统中的PV操作相同。它指出了同时访问共享 资源的线程 最大数目。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。一般是将当前可用资源计数设置为最大资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问，当前可用资源计数 就会减1，只要当前可用资源计数是大于0的，就可以发出信号量信号。但是当前可用计数减小到0时则说明当前占用资源的线程数已经达到了所允许的最大数目， 不能在允许其他线程的进入，此时的信号量信号将无法发出。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。在任何时候当前可用资源计数决不可能大于最大资源计数。  
PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。信号量S是一个整数，S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。  
P操作 申请资源：  
（1）S减1；  
（2）若S减1后仍大于等于零，则进程继续执行；  
（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转入进程调度。  
V操作 释放资源：  
（1）S加1；  
（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；  
（3）若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。  
  
信号量包含的几个操作原语：  
CreateSemaphore（） 创建一个信号量  
OpenSemaphore（） 打开一个信号量  
ReleaseSemaphore（） 释放信号量  
WaitForSingleObject（） 等待信号量  
事件（Event）  
  
事件对象也可以通过通知操作的方式来保持线程的同步。并且可以实现不同进程中的线程同步操作。  
信号量包含的几个操作原语：  
CreateEvent（） 创建一个信号量  
OpenEvent（） 打开一个事件  
SetEvent（） 回置事件  
WaitForSingleObject（） 等待一个事件  
WaitForMultipleObjects（）　　　　　　　　 等待多个事件  
WaitForMultipleObjects 函数原型：  
WaitForMultipleObjects（  
IN DWORD nCount, // 等待句柄数  
IN CONST HANDLE \*lpHandles, //指向句柄数组  
IN BOOL bWaitAll, //是否完全等待标志  
IN DWORD dwMilliseconds //等待时间  
）  
参 数nCount指定了要等待的内核对象的数目，存放这些内核对象的数组由lpHandles来指向。fWaitAll对指定的这nCount个内核 对象的两种等待方式进行了指定，为TRUE时当所有对象都被通知时函数才会返回，为FALSE则只要其中任何一个得到通知就可以返回。 dwMilliseconds在这里的作用与在WaitForSingleObject（）中的作用是完全一致的。如果等待超时，函数将返回 WAIT\_TIMEOUT。

总结：  
1． 互斥量与临界区的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使用。所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使 用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建，就可以通过名字打开它。  
2． 互斥量（Mutex），信号灯（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作，而其他的对象与数据同步操作无关，但 对于进程和线程来讲，如果进程和线程在运行状态则为无信号状态，在退出后为有信号状态。所以可以使用WaitForSingleObject来等待进程和 线程退出。  
3． 通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用，但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理，比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统，可以根 据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作，这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求，信号灯对象可以说是一种资源计数 器。