C++ 多线程创建及同步

小灰灰 2023-06-04 07:52 20阅读 0赞

### C++ 多线程创建及同步 ###

*  多线程创建
 *  线程同步
 *   *  使用临界区对象实现多线程同步
     *  使用互斥对象实现多线程同步
     *  使用事件对象实现多线程同步

# 多线程创建 #

在C++中使用CreateThread（）函数就可以，其函数参数说明如下

句柄 HANDLE 其实是一个 void \* 类型，句柄在 Windows 系统中类似于指针，它就是个指针类型，但是又和指针不同。比如分配一块可移动的内存，你可以得到一个固定的句柄，但是这块内存的指针是不固定的。句柄还有其他很多种，都是通过 HANDLE 定义而来的。在 Windows 编程中，句柄代表系统中唯一一个对象，比如文件句柄、图标句柄、字体句柄、位图句柄、画刷句柄、设备环境句柄、应用程序模块句柄、进程句柄、窗口句柄等。由于 Windows 是封闭的，微软提供很多现成的函数（Windows API），句柄就是访问这类对象的一个 “指针”，通过句柄才能访问这些对象。

一个简单的C++创建线程程序如下

#include <tchar.h>
    #include <windows.h>
    #include <stdio.h>
    #include <iostream>
    
    DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter); //声明线程函数
    DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter);
    
    using namespace std;
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	HANDLE h1, h2;//声明句柄变量
    	h1 = CreateThread(NULL, 0, myfun1, NULL, 0, NULL);//创建线程1
    	cout << "线程1开始运行！\n" << endl;
    	h2 = CreateThread(NULL, 0, myfun2, NULL, 0, NULL);//创建线程2
    	cout << "线程2开始运行！" << endl;
    	//关闭线程句柄对象
    	CloseHandle(h1);
    	CloseHandle(h2);
    
    	int n = 0;
    	while (1)
    	{
    		if (getchar() == 'q')//如果用户输入字符q
    		{
    			return 0;//程序正常退出
    		}
    		else
    		{
    			Sleep(100);//程序睡眠
    		}
    	}
    
    }
    //分别实现线程函数，并返回值
    DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter)
    {
    	cout << "线程1正在运行" << endl;
    	return 0;
    }
    
    DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter)
    {
    	cout << "线程2正在运行" << endl;
    	return 0;
    }

还可以更进一步，利用CreateThread（）中的函数参数选项简化程序

#include <tchar.h>
    #include <windows.h>
    #include <stdio.h>
    #include <iostream>
    #include<string>
    DWORD WINAPI myfun(LPVOID lpParameter); //声明线程函数
    
    using namespace std;
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	HANDLE h1, h2;//声明句柄变量
    	string str1 = "1";
    	string str2 = "2";
    	h1 = CreateThread(NULL, 0, myfun, (void*)str1.c_str(), 0, NULL);//创建线程1
    	cout << "线程1开始运行！\n" << endl;
    	h2 = CreateThread(NULL, 0, myfun, (void*)str2.c_str(), 0, NULL);//创建线程2
    	cout << "线程2开始运行！" << endl;
    
    
    	//关闭线程句柄对象
    	CloseHandle(h1);
    	CloseHandle(h2);
    
    	int n = 0;
    	while (1)
    	{
    		if (getchar() == 'q')//如果用户输入字符q
    		{
    			return 0;//程序正常退出
    		}
    		else
    		{
    			Sleep(100);//程序睡眠
    		}
    	}
    
    }
    
    DWORD WINAPI myfun(LPVOID lpParameter)
    {
    	string strout = (const char*)lpParameter;
    	cout << "线程"<< strout <<"正在运行" << endl;
    	return 0;
    }

# 线程同步 #

## 使用临界区对象实现多线程同步 ##

临界区被初始化后，当程序进入临界区后便拥有临界区的所有权，其余线程无权进入只能等对方释放临界区之后，方可进入临界区拥有其所有权再对临界区进行操作。  
使用以下三个函数进行多线程同步

InitializeCriticalSection()初始化临界区；
    EnterCriticalSection()进入临界区；
    LeaveCriticalSection()释放临界区所有权并离开临界区；

注意：上述是windows API中相关函数，CCriticalSection类是MFC中定义的临界区类，需要在MFC程序中使用，可以操作临界区，lock锁定临界区、unlock释放临界区  
临界区为依次访问，不能实现其中一个线程一释放临界区就会被另一个线程访问临界区！不能实现实时监听  
代码如下：

#include <tchar.h>
    #include <windows.h>
    #include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter); //声明线程函数
    DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter);
    
    static int a = 0;
    CRITICAL_SECTION section;//定义临界区对象（Windows API）
    HANDLE hevent;//定义全局事件变量句柄
    HANDLE hmutex;//定义全局互斥对象句柄
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	HANDLE h1, h2;//声明句柄变量
    	InitializeCriticalSection(&section);//初始化临界区对象(需要在线程前初始化)
    
    	h1 = CreateThread(NULL, 0, myfun1, NULL, 0, NULL);//创建线程1
    	cout << "线程1开始运行！\n" << endl;
    	h2 = CreateThread(NULL, 0, myfun2, NULL, 0, NULL);//创建线程2
    	cout << "线程2开始运行！" << endl;
    
    
    	//关闭线程句柄对象
    	CloseHandle(h1);
    	CloseHandle(h2);
    
    	while (1)
    	{
    		if (getchar() == 'q')//如果用户输入字符q
    		{
    			DeleteCriticalSection(&section);//删除临界区对象
    			return 0;//程序正常退出
    		}
    		else
    		{
    			Sleep(100);//程序睡眠
    		}
    	}
    	return 0;
    }
    
    //分别实现线程函数，并返回值
    DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter)
    {
    	while (true)
    	{
    		EnterCriticalSection(&section);//进入临界区
    
    		a++;
    		if (a < 1000)
    		{
    			cout << "线程1正在计数" << a << endl;
    			LeaveCriticalSection(&section);//离开临界区
    		}
    		else
    		{
    			LeaveCriticalSection(&section);
    			break;
    		}
    
    	}
    
    	return 0;
    }
    
    DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter)
    {
    	//	a=0;
    	while (true)
    	{
    		EnterCriticalSection(&section);//进入临界区
    		a++;
    		if (a < 1000)
    		{
    			cout << "线程2正在计数" << a << endl;
    			LeaveCriticalSection(&section);//离开临界区
    		}
    		else
    		{
    			LeaveCriticalSection(&section);//离开临界区,当计数a大于1000时退出循环
    			break;
    		}
    	}
    	return 0;
    }

结果：  
![在这里插入图片描述][20191007164844149.png]

## 使用互斥对象实现多线程同步 ##

互斥对象还可以在进程间使用，在实现线程同步时包含一个线程ID和一个计数器，线程ID表示拥有互斥对象的线程，计数器表示该互斥对象被同一线程所使用次数  
使用以下三个函数

CreatMutex()创建并返回互斥对象；
    ReleaseMutex()释放互斥对象句柄；
    WaitForSingleObject()对该对象进行请求。

注意：上述是Windows API函数，CMutex类是MFC中的互斥对象类  
互斥对象为立即访问，一旦互斥对象被释放 立刻会被其它正在等待的线程访问！能实现实时监听  
代码如下

#include <tchar.h>
    #include <windows.h>
    #include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter); //声明线程函数
    DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter);
    
    static int a = 0;
    CRITICAL_SECTION section;//定义临界区对象（Windows API）
    HANDLE hevent;//定义全局事件变量句柄
    HANDLE hmutex;//定义全局互斥对象句柄
    
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	HANDLE h1, h2;//声明句柄变量
    	hmutex = CreateMutex(NULL, false, NULL);//创建互斥对象并返回其句柄
    	h1 = CreateThread(NULL, 0, myfun1, NULL, 0, NULL);//创建线程1
    	cout << "线程1开始运行！\n" << endl;
    	h2 = CreateThread(NULL, 0, myfun2, NULL, 0, NULL);//创建线程2
    	cout << "线程2开始运行！" << endl;
    
    	//关闭线程句柄对象
    	CloseHandle(h1);
    	CloseHandle(h2);
    
    	while (1)
    	{
    		if (getchar() == 'q')//如果用户输入字符q
    		{
    			return 0;//程序正常退出
    		}
    		else
    		{
    			Sleep(100);//程序睡眠
    		}
    	}
    	return 0;
    }
    
    //分别实现线程函数，并返回值
    DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter)
    {
    	while (true)
    	{
    		WaitForSingleObject(hmutex, INFINITE);//请求互斥对象
    		a++;
    		if (a < 1000)
    		{
    			cout << "线程1正在计数" << a << endl;
    			ReleaseMutex(hmutex);//释放互斥对象句柄
    		}
    		else
    		{
    			ReleaseMutex(hmutex);//释放互斥对象句柄
    			break;
    		}
    	}
    	return 0;
    }
    
    DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter)
    {
    
    	while (true)
    	{
    		WaitForSingleObject(hmutex, INFINITE);//请求互斥对象
    		a++;
    		if (a < 1000)
    		{
    			cout << "线程2正在计数" << a << endl;
    			ReleaseMutex(hmutex);//释放互斥对象句柄
    		}
    		else
    		{
    			ReleaseMutex(hmutex);//释放互斥对象句柄
    			break;
    		}
    	}
    	return 0;
    }

结果如下:

![在这里插入图片描述][20191007165217457.png]

## 使用事件对象实现多线程同步 ##

对象是指用户在程序中使用内核对象的有无信号状态实现线程的同步临界区被初始化后，当程序进入临界区后便拥有临界区的所有权，其余线程无权进入只能等对方释放临界区之后，方可进入临界区拥有其所有权再对临界区进行操作  
通过以下几个函数进行操作

CreatEvent()创建并返回事件对象；
    WaitForSingleObject（）等等事件设置为有信号
    SetEvent()将指定的事件设置为有信号状态（有信号状态下其余线程可以访问）；
    ResetEvent()将指定的事件设置为无信号状态；

注意：上述是Windows API函数，CEvent类是MFC实现事件对象的类  
事件对象为立即访问，一旦事件对象被设置为有信号 立刻会被其余线程访问！能实现实时监听  
其中CreateEvent（）函数定义如下，在使用时需要注意两个布尔变量的设置

HANDLE CreateEvent(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,
    BOOL bManualReset, 
    BOOL bInitialState,
    LPCSTR lpName
    );

bManualReset:TRUE，使用ResetEvent()手动重置为无信号状态；FALSE，当一个等待线程被释放时,自动重置状态为无信号状态。

bInitialState：指定事件对象的初始状态，当TRUE,初始状态为有信号状态；当FALSE,初始状态为无信号状态。  
代码如下

//#include "stdafx.h"
    #include <tchar.h>
    #include <windows.h>
    #include <iostream>
    
    using namespace std;
    
    DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter); //声明线程函数
    DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter);
    
    static int a = 0;
    CRITICAL_SECTION section;//定义临界区对象（Windows API）
    HANDLE hevent;//定义全局事件变量句柄
    HANDLE hmutex;//定义全局互斥对象句柄
    
    int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
    {
    	HANDLE h1, h2;//声明句柄变量
    
    
    	hevent = CreateEvent(NULL, false, true, NULL);//创建事件并返回句柄
    
    	h1 = CreateThread(NULL, 0, myfun1, NULL, 0, NULL);//创建线程1
    	cout << "线程1开始运行！\n" << endl;
    	h2 = CreateThread(NULL, 0, myfun2, NULL, 0, NULL);//创建线程2
    	cout << "线程2开始运行！" << endl;
    
    	//关闭线程句柄对象
    	CloseHandle(h1);
    	CloseHandle(h2);
    
    	while (1)
    	{
    		if (getchar() == 'q')//如果用户输入字符q
    		{
    			DeleteCriticalSection(&section);//删除临界区对象
    			return 0;//程序正常退出
    		}
    		else
    		{
    			Sleep(100);//程序睡眠
    		}
    	}
    	return 0;
    }
    
    //分别实现线程函数，并返回值
    DWORD WINAPI myfun1(LPVOID lpParameter)
    {
    	while (true)
    	{
    		WaitForSingleObject(hevent, INFINITE);
    		ResetEvent(hevent);//设置事件对象为无信号状态
    		a++;
    		if (a < 1000)
    		{
    			cout << "线程1正在计数" << a << endl;
    			SetEvent(hevent);
    		}
    		else
    		{
    			ResetEvent(hevent);
    			break;
    		}
    	}
    
    	return 0;
    }
    
    DWORD WINAPI myfun2(LPVOID lpParameter)
    {
    	//	a=0;
    	while (true)
    	{
    		WaitForSingleObject(hevent, INFINITE);
    		ResetEvent(hevent);//设置事件对象为无信号状态
    		a++;
    		if (a < 1000)
    		{
    			cout << "线程2正在计数" << a << endl;
    			SetEvent(hevent);
    		}
    		else
    		{
    			ResetEvent(hevent);
    			break;
    		}
    	}
    	return 0;
    }

结果如下  
![在这里插入图片描述][20191007165856980.png]

[20191007164844149.png]: /images/20230601/062c3e99324a416782dbfd05bc22fb74.png
[20191007165217457.png]: /images/20230601/77cf9df406914beea410c3b0bc26dd42.png
[20191007165856980.png]: /images/20230601/5bac61e083db45e2a166e4b46e08916e.png