Windows多线程编程 互斥量和临界区使用

Windows 多线程编程允许程序同时运行多个线程,提高程序的并发性和执行效率。多线程编程中的核心概念包括线程的创建、同步、调度、数据共享和竞争条件等。本文详细介绍了 Windows 多线程编程的关键技术点,并解释如何使用线程同步机制来保证线程安全。

1. 线程基础概念

1.1 线程

线程是操作系统能够独立调度的最小执行单元。一个进程可以包含多个线程,这些线程共享进程的地址空间和资源。多线程编程通过并发执行多个线程,提升程序性能,特别是在 I/O 操作、网络请求或图像处理等任务中。

1.2 进程 vs. 线程

进程:程序在操作系统中的运行实例。每个进程有独立的地址空间和资源。
线程:线程是进程中的轻量级执行单元,多个线程可以共享进程的内存和资源。一个进程至少包含一个主线程,可以派生出多个子线程。

2. 线程的创建与管理

在 Windows 中,创建和管理线程可以通过 WinAPI 提供的多种方法,其中常用的是 CreateThread 和 C++11 提供的标准库线程类。

2.1 使用 CreateThread

这是 WinAPI 中直接用于创建线程的函数,它返回一个线程句柄,用于管理线程。

#include <windows.h>
#include <iostream>// 线程函数
DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID lpParam) {for (int i = 0; i < 5; i++) {std::cout << "Thread running...\n";Sleep(1000); // 模拟工作,暂停1秒}return 0;
}int main() {HANDLE hThread = CreateThread(NULL,            // 默认安全属性0,               // 默认堆栈大小ThreadFunc,      // 线程函数NULL,            // 参数传递给线程函数0,               // 默认创建标志NULL             // 可选的线程ID);if (hThread == NULL) {std::cout << "Error: Unable to create thread\n";return 1;}// 等待线程结束WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);// 关闭线程句柄CloseHandle(hThread);return 0;
}

2.2 使用 C++11 std::thread

现代 C++ 提供了跨平台的 std::thread 类,用来简化线程的创建和管理。

#include <iostream>
#include <thread>void ThreadFunc() {for (int i = 0; i < 5; i++) {std::cout << "Thread running...\n";std::this_thread::sleep_for(std::chrono::seconds(1));  // 模拟工作}
}int main() {std::thread t(ThreadFunc);  // 创建线程t.join();  // 等待线程结束return 0;
}

3. 线程同步

在多线程程序中,多个线程可能会同时访问共享资源(如内存、文件等),如果不加以控制,可能会导致数据竞态条件(Race Condition)。线程同步用于协调线程对共享资源的访问,避免数据冲突。

  • 常用的同步机制包括:
临界区(Critical Section)
互斥量(Mutex)
信号量(Semaphore)
事件(Event)

3.1 临界区(Critical Section)

临界区是一种轻量级的同步机制,仅适用于单进程的线程同步。临界区在同一时间只允许一个线程进入,其他线程必须等待当前线程离开临界区后才能进入。

#include <windows.h>
#include <iostream>CRITICAL_SECTION criticalSection;  // 定义临界区void ThreadFunc() {EnterCriticalSection(&criticalSection);  // 进入临界区std::cout << "Thread ID: " << GetCurrentThreadId() << " is working.\n";LeaveCriticalSection(&criticalSection);  // 离开临界区
}int main() {InitializeCriticalSection(&criticalSection);  // 初始化临界区HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc, NULL, 0, NULL);HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc, NULL, 0, NULL);WaitForSingleObject(hThread1, INFINITE);WaitForSingleObject(hThread2, INFINITE);DeleteCriticalSection(&criticalSection);  // 删除临界区return 0;
}

3.2 互斥量(Mutex)

互斥量可以在多个线程甚至多个进程之间同步访问共享资源。与临界区相比,互斥量开销较大,但功能更强。

#include <windows.h>
#include <iostream>HANDLE hMutex;void ThreadFunc() {WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);  // 获取互斥量std::cout << "Thread ID: " << GetCurrentThreadId() << " is working.\n";ReleaseMutex(hMutex);  // 释放互斥量
}int main() {hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);  // 创建互斥量HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc, NULL, 0, NULL);HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc, NULL, 0, NULL);WaitForSingleObject(hThread1, INFINITE);WaitForSingleObject(hThread2, INFINITE);CloseHandle(hMutex);  // 关闭互斥量句柄return 0;
}

3.3 信号量(Semaphore)

信号量允许多个线程访问同一资源,信号量内部有一个计数器,控制同时访问的线程数量。当计数器减为 0 时,其他线程必须等待。

#include <windows.h>
#include <iostream>HANDLE hSemaphore;void ThreadFunc() {WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE);  // 等待信号量std::cout << "Thread ID: " << GetCurrentThreadId() << " is working.\n";ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL);  // 释放信号量
}int main() {hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 2, 2, NULL);  // 最大允许2个线程同时执行HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc, NULL, 0, NULL);HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc, NULL, 0, NULL);HANDLE hThread3 = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc, NULL, 0, NULL);WaitForSingleObject(hThread1, INFINITE);WaitForSingleObject(hThread2, INFINITE);WaitForSingleObject(hThread3, INFINITE);CloseHandle(hSemaphore);return 0;
}

3.4 事件(Event)

事件用于在线程之间传递信号,某个线程可以等待事件的状态(有信号或无信号),然后作出相应动作。事件可以用来实现线程之间的通知机制。

#include <windows.h>
#include <iostream>HANDLE hEvent;DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOID lpParam) {std::cout << "Thread waiting for event...\n";WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE);  // 等待事件std::cout << "Thread received event signal!\n";return 0;
}int main() {hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);  // 创建事件HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, ThreadFunc, NULL, 0, NULL);Sleep(2000);  // 模拟工作SetEvent(hEvent);  // 触发事件WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);CloseHandle(hEvent);return 0;
}

4. 线程同步中的问题

4.1 死锁

死锁是指两个或多个线程在等待彼此持有的资源,导致线程永远无法继续执行。避免死锁的方法:

使用一致的锁顺序:所有线程获取锁的顺序要一致。
避免嵌套锁定:尽量避免一个线程在持有一个锁的同时请求另一个锁。

4.2 竞争条件

竞争条件发生在多个线程同时读取或写入共享数据时,由于执行顺序的不确定性,可能导致错误结果。解决方法是使用合适的同步机制(如临界区、互斥量等)来保护共享数据的访问。

5、Window线程和临界封装

1、线程XThread

1、XThread.h
#pragma once#ifdef  XPLATFORM_EXPORTS
#define XPLATFORM_API __declspec(dllexport)
#else
#define XPLATFORM_API __declspec(dllimport)
#endifclass XPLATFORM_API XThread
{
public:XThread();virtual ~XThread();bool Start();virtual void Run() = 0;void Wait();void Suspend();void Resume();
private:unsigned int thId = 0;
};
2、XThread.cpp
#include "XThread.h"
#include <process.h>
#include <Windows.h>XThread::XThread()
{}
XThread::~XThread()
{
}
static void ThreadMain(void *para)
{XThread* th = (XThread*)para;if(th == nullptr) return;th->Run();_endthread();
}
bool XThread::Start()
{thId = _beginthread(ThreadMain, 0, this);return thId <= 0;
}
void XThread::Wait()
{if(thId <= 0) return;WaitForSingleObject((HANDLE)thId, INFINITE);
}
void XThread::Suspend()
{if (thId <= 0) return;SuspendThread((HANDLE)thId);
}
void XThread::Resume()
{if (thId <= 0) return;ResumeThread((HANDLE)thId);
}

2、临界区封装

1、XMutex.h
#pragma once
#ifdef  XPLATFORM_EXPORTS
#define XPLATFORM_API __declspec(dllexport)
#else
#define XPLATFORM_API __declspec(dllimport)
#endif
class XPLATFORM_API XMutex
{
public:XMutex();~XMutex();void Lock();void UnLock();
private:void* section = nullptr;
};
2、XMutex.cpp
#include "XMutex.h"
#include <windows.h>XMutex::XMutex()
{this->section = new CRITICAL_SECTION();if (section == nullptr) return;InitializeCriticalSection((LPCRITICAL_SECTION)this->section);
}XMutex::~XMutex()
{CRITICAL_SECTION *critical_section = (LPCRITICAL_SECTION)this->section;if(critical_section == nullptr) return;delete critical_section;
}void XMutex::Lock()
{if (section == nullptr) return;EnterCriticalSection((LPCRITICAL_SECTION)this->section);
}void XMutex::UnLock()
{if(section == nullptr) return;LeaveCriticalSection((LPCRITICAL_SECTION)this->section);
}

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/pingmian/56488.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

2.2.ReactOS系统,系统调用表MainSSDT的实现

2.2.ReactOS系统&#xff0c;系统调用表MainSSDT的实现 2.2.ReactOS系统&#xff0c;系统调用表MainSSDT的实现 文章目录 2.2.ReactOS系统&#xff0c;系统调用表MainSSDT的实现系统调用表MainSSDTSVC_ 宏的定义sysfuncs.h函数的声明 系统调用表MainSSDT ULONG_PTR MainSSDT[…

【FFmpeg系列】:图片处理

引言 FFmpeg 是一个功能强大的多媒体处理工具&#xff0c;广泛应用于音视频处理领域。然而&#xff0c;它的图片处理能力同样不容忽视。本文将深入探讨 FFmpeg 在图片处理方面的高级技巧和优化方法&#xff0c;帮助您更高效地完成图片处理任务。 一、图片格式转换 1.1 基础转…

前端打印功能(vue +springboot)

后端 后端依赖生成pdf的方法pdf转图片使用(用的打印模版是带参数的 ,参数是aaa)总结 前端页面 效果 后端 依赖 依赖 一个是用模版生成对应的pdf,一个是用来将pdf转成图片需要的 <!--打印的--><dependency><groupId>net.sf.jasperreports</groupId>&l…

LCD补充

LCD补充 目录 LCD补充 tip:随着我们学的越来越多&#xff0c;代码长度越来越长&#xff0c;编译越来越慢&#xff0c;有没有超过内存是我们比较关心的一件事&#xff0c;通过以下方法可以实时看到写的代码的大小 回顾LCD LCD补充功能 -- 1、有关在LCD上显示动图&#xff…

前端使用Canvas实现网页电子签名(撤销、下载)

前言&#xff1a;一般在一些后台的流程资料以及审核的场景中会需要电子签名&#xff0c;介绍一种用canvas实现的电子签名&#xff0c;此案例用的是原生js 效果展示&#xff1a; 一、html和css&#xff1a; <div class"divCla2"><canvas id"myCanvas&q…

数据结构-排序算法

基于交换的排序算法 快速排序&#xff1a; 最优情况 最优情况下&#xff0c;每次找到的参考轴把数据分成均匀的两半&#xff0c;最后应该是一个平衡二叉树状态&#xff1b;二叉树的层数&#xff08;logn&#xff09;即为递归需要进行的次数&#xff0c;并且每轮递归结束时&…

Java语言-抽象类

目录 1.抽象类概念 2.抽象类语法 3.抽象类特性 4.抽象类作用 1.抽象类概念 在面向对象的概念中&#xff0c;所有的对象都是通过类来描绘的&#xff0c;但是反过来&#xff0c;并不是所有的类都是用来描绘对象的&#xff0c; 如果 一个类中没有包含足够的信息来描绘一个具体…

YARN调度原理详解

YARN&#xff08;Yet Another Resource Negotiator&#xff09;是 Hadoop 集群的资源管理和作业调度框架&#xff0c;它的设计旨在更好地管理和调度 Hadoop 集群中的资源。YARN 解决了传统 Hadoop MapReduce 中资源管理与作业调度紧耦合的问题&#xff0c;使得不同类型的计算任…

115.WEB渗透测试-信息收集-ARL(6)

免责声明&#xff1a;内容仅供学习参考&#xff0c;请合法利用知识&#xff0c;禁止进行违法犯罪活动&#xff01; 内容参考于&#xff1a; 易锦网校会员专享课 上一个内容&#xff1a;114.WEB渗透测试-信息收集-ARL&#xff08;5&#xff09; httpd就是apache环境&#xff0…

跨平台音摄像头|屏幕推送选OBS还是SmartPublisher?

好多开发者希望搞明白OBS和 SmartPublisher的区别和使用场景差别&#xff0c;本文就二者差别做个对比&#xff1a; OBS OBS&#xff08;Open Broadcaster Software&#xff09;是一款免费且开源的跨平台流媒体和视频录制软件。以下是关于它的详细介绍&#xff1a; 功能特点&a…

力扣----最长连续序列

128. 最长连续序列 示例 1&#xff1a; 输入&#xff1a;nums [100,4,200,1,3,2] 输出&#xff1a;4 解释&#xff1a;最长数字连续序列是 [1, 2, 3, 4]。它的长度为 4。 示例 2&#xff1a; 输入&#xff1a;nums [0,3,7,2,5,8,4,6,0,1] 输出&#xff1a;9提示&#xff…

音乐播放器项目专栏介绍​

1.简介 本专栏使用Qt QWidget作为显示界面&#xff0c;你将会学习到以下内容&#xff1a; 1.大量ui美化的实例。 2.各种复杂ui布局。 3.常见显示效果实现。 4.大量QSS实例。 5.Qt音频播放&#xff0c;音乐歌词文件加载&#xff0c;展示。 6.播放器界面换肤。 相信学习了本专栏…

[单master节点k8s部署]39.安装mysql

通过下面的命令安装mysql。首先下载mysql的rpm包。mysql-community-release-el7-5.noarch.rpm 这个包的作用是将 MySQL 的官方 YUM 仓库添加到系统中&#xff0c;随后通过yum install来安装mysql。 wget http://repo.mysql.com/mysql-community-release-el7-5.noarch.rpm rpm …

Oracle Expdp按条件导出-指定表数据

1.场景描述 业务需求&#xff1a;导出A机构、2024的数据&#xff0c;以dmp格式&#xff0c;保留导出日志。首先&#xff0c;需要分析库中需要导出的表清单、表的机构字段约束、表的时间约束&#xff1b;然后再导出。 2.方案分析 本次采用Oracle的expdp数据泵方式导出&#xf…

基于Docker的FRP内网穿透部署

服务器搭建&#xff08;FRPS&#xff09; 创建配置文件 # 创建存放目录 sudo mkdir /etc/frp # 创建frps.ini文件 nano /etc/frp/frps.ini frps.ini内容如下&#xff1a; [common] # 监听端口 bind_port 7000 # 面板端口 dashboard_port 7500 # 登录面板账号设置 dashboa…

计算机网络(五)—— 运输层

1. 运输层概述 1.1 课后练习 2. 运输层端口、复用与分用的概念 2.1 课后练习 3. UDP和TCP的对比 3.1 总结 3.2 课后练习 1. 运输层概述 ■ 之前的计算机网络体系结构中的物理层、数据链路层以及网络层它们共同解决了将主机通过异构网…

《数字信号处理》学习09-部分分式展开法计算z 逆变换

在之前的文章中&#xff0c;我已经学习了使用留数法&#xff08;围线积分法&#xff09;来计算z逆变换 《数字信号处理》学习08-围线积分法&#xff08;留数法&#xff09;计算z 逆变换-CSDN博客 接着学习第二种计算z变换的方法&#xff1a;部分分式展开法。 目录 一&…

决策智能与强化学习:重放比率(replay ratio)

知乎&#xff1a;DILab决策实验室&#xff08;已授权&#xff09;链接&#xff1a;https://zhuanlan.zhihu.com/p/898641863 0. 概览 近年来&#xff0c;深度强化学习&#xff08;Deep Reinforcement Learning, DRL&#xff09;在诸多领域取得了显著的成果。然而&#xff0c;随…

域环境模拟实验搭建

1. 域环境搭建 总体来说下一步下一步即可 域&#xff1a;统一的管理计算机的集群&#xff0c;中心管理机器&#xff08;域控制器 DC&#xff09;管理整个内网&#xff08;域内成员机器&#xff09; 条件&#xff1a;1. 需要一台域控制器 -- windows server版本&#xff08;w…

高级英语1第四版教材全解pdf课后答案+课文翻译张汉熙

《高级英语1》是张汉熙教授编著的一本英语教材&#xff0c;广泛用于国内高校英语专业高年级学生的教学。这本书以提高学生的英语综合能力为目标&#xff0c;注重语言知识的系统性和实用性&#xff0c;同时强调跨文化交际能力的培养。书中选材丰富&#xff0c;涵盖了文学、历史、…