windows 下線程的同步和互斥的方法
1。互斥量 Mutex
2。事件 event
3. 信號量 Semaphore
4. 臨界區(qū) Critical section
互斥與同步
互斥和同步是兩個緊密相關而又容易混淆的概念。
互斥：是指某一資源同時只允許一個訪問者對其進行訪問，具有唯一性和排它性。但互斥無法限制訪問者對資源的訪問順序，即訪問是無序的。
同步：是指在互斥的基礎上（大多數情況），通過其它機制實現訪問者對資源的有序訪問。在大多數情況下，同步已經實現了互斥，特別是所有寫入資源的情況必定是互斥的。少數情況是指可以允許多個訪問者同時訪問資源，如“第一類讀寫者模型”。
Windows下的互斥同步機制
Windows下提供了多種內核對象實現線程、進程間的同步和互斥，常用的有：
關鍵節(jié)（Critical Section）：關鍵節(jié)不是內核對象，在用戶態(tài)實現了同一進程中線程的互斥。由于使用時不需要從用戶態(tài)切換到核心態(tài)，所以速度很快（X86系統(tǒng)上約為20個指令周期），但其缺點是不能跨進程同步，同時不能指定阻塞時的等待時間，只能無限等待。
互斥體：（Mutex）：互斥體實現了和關鍵節(jié)類似的互斥功能，但區(qū)別在于：互斥體是內核對象，可以實現跨進程互斥，但需要在用戶態(tài)和核心態(tài)之間切換，速度比關鍵節(jié)慢得多（X86系統(tǒng)上約為600個指令周期），同時可以指定阻塞時的等待時間。
事件（Event）：事件也是內核對象，具有“信號態(tài)”和“無信號態(tài)”兩種狀態(tài)。當某一線程等待一個事件時，如果事件為信號態(tài)，將繼續(xù)執(zhí)行，如果事件為無信號態(tài)，那么線程被阻塞。線程能夠指定阻塞時的等待時間。
信號量（Semaphore）：信號量是一個資源計數器，當某線程獲取某信號量時，信號量計數首先減1，如果計數小于0，那么該線程被阻塞；當某縣城釋放某信號量時，信號量計數首先加1，如果計數小于或等與0，那么喚醒某被阻塞的線程并執(zhí)行之。對信號量的總結如下：
1． 如果計數器m大于0，表示還有m個資源可以訪問，此時信號量線程等待隊列中沒有線程被阻塞，新的線程訪問資源也不會被阻塞；
2． 如果計數器m等與0，表示沒有資源可以訪問，此時信號量線程等待隊列中沒有線程被阻塞，但新的線程訪問資源會被阻塞；
3． 如果計數器m小于0，表示沒有資源可以訪問，此時信號量線程等待隊列中有abs（m）個線程被阻塞，新的線程訪問資源會被阻塞；
信號量常被用于保證對多個資源進行同步訪問。
生產者－消費者模型
生產者－消費者模型是指：
1． 生產者進行生產將物品放入倉庫，同一時間只能有一個生產者將物品放入倉庫，如果倉庫滿，生產者等待。
2． 消費者從倉庫中取出物品，同一時間只能有一個消費者取出物品，如果倉庫空，消費者等待；
3． 生產者將物品放入倉庫時消費者不能同時?。?/span>
4． 消費者取物品時生產者不能放入物品；
總之，就是生產者群體或消費者群體內部是互斥的，兩個群體之間是同步的。
當只有一個生產者、消費者時，由于同一群體內部不需要互斥，所以只需在群體之間實 現同步即可。例如可以使用兩個Event／CriticalSection／Mutex／Semaphore實現同步；
如果有多個生產者和消費者，那么情況會復雜些，需要一個Event／CriticalSection／Mutex實現線程之間的互斥，需要兩個Semaphore實現兩個線程群體間的同步。一個例子如下：
HANDLE m_S_Producer; // Semaphore
HANDLE m_S_Consumer; // Semaphore
HANDLE m_E_Queue; // Event
// 假設倉庫最多容納M個物品，開始倉庫為空
m_S_Producer = CreateSemaphore(NULL, M, M, NULL); //初始計數為M
m_S_Consumer = CreateSemaphore(NULL, 0, M, NULL); //初始計數為0
m_E_Queue = CreateEvent(NULL, FALSE, TRUE, NULL); //自動類型，初始狀態(tài)為信號態(tài)
生產者
if (WaitForSingleObject(m_S_Producer, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
if (WaitForSingleObject(m_E_Queue, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
// OK now, put product
// relase comsumer’s semaphore
ReleaseSemaphore(m_S_Consumer, 1, NULL);
// set event to signal
SetEvent(m_E_Queue);
return TRUE;
}
else // wait event time out
{
// not put product so release producer
ReleaseSemaphore(m_S_Producer, 1, NULL);
SetEvent(m_E_Queue);
return FALSE;
}
}
else // wait semaphore time out
{
return FALSE;
}
消費者
if (WaitForSingleObject(m_S_Consumer, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
if (WaitForSingleObject(m_E_Queue, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
// OK now, Get product then
// releasee productor’s semaphore
ReleaseSemaphore(m_S_Producer, 1, NULL);
// set event to signal
SetEvent(m_E_Queue);
return TRUE;
}
else // wait event time out
{
// not get product so release Consumer
ReleaseSemaphore(m_S_Consumer, 1, NULL);
SetEvent(m_E_Queue);
return FALSE;
}
}
else // wait semaphore time out
{
return FALSE;
}
特別需要注意的是，在該模型中，對互斥量（本例為m_E_Queue）的等待必須放在第二個等待位置，否則可能將造成線程死鎖。考慮這樣的情況：倉庫已滿，沒有任何線程訪問。某一時刻，生產者放入物品，首先等待m_E_Queue并通過，且將m_E_Queue置于無信號態(tài)，然后等待m_S_Produce時被阻塞。這時某一消費者欲取物品，無論在什么情況下，都將在等待m_E_Queue時被阻塞，從而相互等待造成死鎖。在釋放同步對象時則位置不受限制。
多個生產者一個消費者
這時一種常用的變形。如果倉庫是一個隊列（先進先出），此時消費者內部將不需要互斥。
消費者
if (WaitForSingleObject(m_S_Consumer, WaitTime) == WAIT_OBJECT_0)
{
// OK now, Get product then
// releasee productor’s semaphore
ReleaseSemaphore(m_S_Producer, 1, NULL);
return TRUE;
}
else // wait semaphore time out
{
return FALSE;
}
此時可能出現消費者、生產者同時訪問資源的情況，但生產者群體和消費者群體之間的同步機制，以及隊列的先進先出機制將保證即使消費者、生產者同時訪問資源，也不會發(fā)生沖突。
多個消費者一個生產者的情況類似。
