线程间的同步概述
1.前言
前面几篇文章着重介绍了多线程的三种创建方式及多线程间的4种通信方式,并采用大量的实例演示,相信大家对线程的创建和使用有了一定的了解。若还不了解请复习下前面的文章,多动手写代码和调试,光看不练,假把式。
今天先请大家看看下面一个多线程程序,操作很简单,就是创建9个线程,并输出相应的线程编号(即报数)。主要代码如下:
- //声明线程处理函数
- <strong><span style="color:#ff0000;">unsigned __stdcall</span></strong>ThreadFunc( void* pArguments);//工作线程函数
- HANDLE m_handle[9];//线程句柄列表
- CListBox m_List; //数据列表控件
- /////////////////////////////////////////////////
- int g_nCount= 0;//这个是<strong><span style="color:#ff0000;">全局变量</span></strong>,用于线程报数(计数)
- //演示开始:创建线程
- void CThreadProblem1Dlg::OnBnClickedButton1()
- {
- // TODO: 在此添加控件通知处理程序代码
- GetDlgItem(IDC_BUTTON1)->EnableWindow(FALSE);
- m_List.ResetContent();//清空列表
- g_nCount = 0; //重置报数,
- SetDlgItemInt(IDC_EDIT_NUM,++m_nNum); //显示操作的次数
- //创建多线程
- for (int i=0;i<9;i++)
- {
- m_handle[i] = (HANDLE)<strong><span style="color:#ff0000;">_beginthreadex</span></strong>(NULL,0, ThreadFunc,&m_List,0, NULL);
- }
- //WaitForMultipleObjects(10, handle, TRUE, INFINITE); //在此处等待退出,将发现程序假死了。所以采用线程的方式等待
- _beginthreadex(NULL,0, WaitThread,<strong><span style="color:#ff0000;">this</span></strong>, 0, NULL); //等待上述的个线程都退出
- }
- //工作线程函数
- unsigned __stdcall ThreadFunc(void* pArguments)
- {
- Sleep(100);//相关处理
- g_nCount++; //计数加
- CListBox *pList= (CListBox*)pArguments;
- CString str;
- str.Format(" 子线程ID号为%4d 报数为:%d",GetCurrentThreadId(),g_nCount);
- pList->AddString(str);//输出
- Sleep(100);//相关处理
- return 0;
- }
- //线程函数:等待个演示线程都退出再使能开始按钮
- unsigned __stdcall WaitThread(void* pArguments)
- {
- CThreadProblem1Dlg *pMainDlg= (CThreadProblem1Dlg *)pArguments;
- <strong><span style="color:#ff0000;">WaitForMultipleObjects</span></strong>(9,pMainDlg->m_handle,TRUE, INFINITE); //等待所有线程都结束
- EnableWindow(GetDlgItem(AfxGetApp()->m_pMainWnd->m_hWnd,IDC_BUTTON1),TRUE);//使能开始按钮
- return 0;
- }
当运行一次OnBnClickedButton1()函数,将显示下面的结果:
你一看,没错呀,就应该是这样的,没有错呀!多运行几次也是这样的。但我要肯定的告诉你,上面的程序是有严重的问题,而运行结果也欺骗了你。正是运行结果大大蒙骗了你的理智和大脑。你发现问题了吗?(提示:不是报数顺序的问题)
正是该错误有隐蔽性,你很难从结果中发现问题,除非你运气特别好,一运行就能重现问题,但作为程序员,你决不能仅靠运气,不可能你每次的运气都这么好。
多运行几次上面的程序,你有可能发现问题,现在我把该程序改进下,使其具有自动识别错误的智能,你一眼就能发现问题的。
改进点:添加结果检测功能,若正常,其线程的报数应该为1-9,有可能顺序有变,但总和为45=1+2+3+4+5+6+7+8+9。程序将一直循环到程序退出。若不等于45就退出循环,表示有问题,即让程序一直运行,直到有错误为止。前面的OnBnClickedButton1()函数和ThreadFunc()函数保存不变,WaitThread()函数添加一个判断语句,改进程序如下:
- //线程函数:等待个演示线程都退出再使能开始按钮
- unsigned __stdcall WaitThread(void* pArguments)
- {
- CThreadProblem1Dlg *pMainDlg= (CThreadProblem1Dlg *)pArguments;
- WaitForMultipleObjects(9, pMainDlg->m_handle, TRUE,INFINITE); //等待所有线程都结束
- EnableWindow(GetDlgItem(AfxGetApp()->m_pMainWnd->m_hWnd,IDC_BUTTON1),TRUE);//使能开始按钮
- <span style="color:#ff0000;"><strong> if(pMainDlg->m_bAuto&& !pMainDlg->IsError())
- {//若自动使能,则继续下轮操作
- pMainDlg->OnBnClickedButton1();
- }</strong></span>
- return 0;
- }
- //添加IsError()函数,用以判断结果是否正确。
- // 自动判断每次运行结果是否正确
- bool CThreadProblem1Dlg::IsError(void)
- {
- int nValue[9]={0};
- int nResult = 0;
- CString szText;
- for(int i=0;i<9;i++)
- {//得到各个线程的报数
- m_List.GetText(i,szText);
- szText = szText.Right(1);
- nValue[i] = atoi(szText);
- nResult += nValue[i];
- }
- //判断是否有相同的值出现
- if (nResult != <span style="color:#ff0000;"><strong>45</strong></span>)
- {//有错误
- return true;
- }
- return false;
- }
再运行上面的程序,选中“自动判断”,程序将很快不停的运行,但很快将又停下来,运行结果如下图所示,有可能你的结果和我的不一样,但类型差不多的。
工程源码下载:http://download.csdn.net/detail/cbnotes/5015914
现在你发现问题了吗?对了,报数出现相同数了(见上图出现两个“2”)。
你可能要问,怎么会这样呢?
这就是多线程最容易出现的问题,也是多线程编程的难点和核心。再说说上面程序,创建了9个线程,这9个线程是同时运行的(即并行运行),它们都要修改变量全局g_nCount(g_nCount++;),就有可能两个或多个线程同时读取到g_nCount,而当前的g_nCount已经被其它线程修改,即输出的不是线程当前的值。这和单线程的顺序执行是有很大不同的。
那有什么方法解决上面的问题吗?当然有,这就是在江湖中大名鼎鼎的线程同步技术,而且系统提供了多种线程同步的技术/方法。
2.什么是同步
“同步”不是指平常所说的两件事情同时进行。它的目的是使多个线程之间协调工作,而且常常是避免两个线程同时进行某些操作,比如同时访问同一个共享资源。一般来说,同步是通过暂时将会发生冲突操作的某个线程暂停执行(称为阻塞线程),然后等待不会冲突时再继续执行。
3.需要同步的情况
3.1、多个线程同时访问同一对象时
MFC对象在对象级不是线程安全的,只有在类级才是。如:两个线程可以安全地使用两个不同的CString对象,但同时使用同一个CString对象就可能产生问题。如果必须使用同一个对象,那么应该采取适当的同步化措施。
3.2、多个线程之间需要协调运行
例如,如果第二个线程需要等待第一个线程完成到某一步时才能运行,那么该线程应该暂时挂起以减少对CPU的占用时间,提高程序的执行效率。当第一个线程完成了相应的步骤后,应该发出某种信号来激活第二个线程。
4.Windows中的4种线程同步技术
4.1、Events(事件)——CEvent
作为标志在线程之间传递信号。简单地说,类似一个布尔型变量的开关作用。
4.2、Critical Sections(临界段)——CCriticalSection
在进程中作为关键字以获得对共享资源的访问
4.3、Mutexes(互斥量)——CMutex
与临界段的工作方式相似,只是该对象可以用于多进程中的线程同步,而不是用于单进程中
4.4、Semaphores(信号量)——CSemaphore
在给定的限制条件下,允许多个进程同时访问共享资源
关于这四种同步方法/技术我将一个一个给大家介绍和实例演示,欢迎大家继续关注。
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