線程同步機制的區別與比較及進程通訊方法

有關多線程的一些技術問題：

一、  什麼時候使用多線程？

二、  線程如何同步？

三、  線程之間如何通信？

四、  進程之間如何通信？

 

先來回答第一個問題，線程實際主要應用於四個主要領域，固然各個領域之間不是絕對孤立的，他們有多是重疊的，可是每一個程序應該均可以歸於某個領域：

一、  offloading time-consuming task。由輔助線程來執行耗時計算，而使GUI有更好的反應。我想這應該是咱們考慮使用線程最多的一種狀況吧。

二、  Scalability。服務器軟件最常考慮的問題，在程序中產生多個線程，每一個線程作一份小的工做，使每一個CPU都忙碌，使CPU（通常是多個）有最佳的使用率，達到負載的均衡，這比較複雜，我想之後再討論這個問題。

三、  Fair-share resource allocation。當你向一個負荷沉重的服務器發出請求，多少時間才能得到服務。一個服務器不能同時爲太多的請求服務，必須有一個請求的最大個數，並且有時候對某些請求要優先處理，這是線程優先級乾的活了。

四、  Simulations。線程用於仿真測試。

我把主要的目光放在第一個領域，由於它正是我想要的。第二和第三個領域比較有意思，可是目前不在個人研究時間表中。

 

線程的同步機制：

一、  Event
用事件（Event）來同步線程是最具彈性的了。一個事件有兩種狀態：激發狀態和未激發狀態。也稱有信號狀態和無信號狀態。事件又分兩種類型：手動重置事件和自動重置事件。手動重置事件被設置爲激發狀態後，會喚醒全部等待的線程，並且一直保持爲激發狀態，直到程序從新把它設置爲未激發狀態。自動重置事件被設置爲激發狀態後，會喚醒「一個」等待中的線程，而後自動恢復爲未激發狀態。因此用自動重置事件來同步兩個線程比較理想。MFC中對應的類爲CEvent.。CEvent的構造函數默認建立一個自動重置的事件，並且處於未激發狀態。共有三個函數來改變事件的狀態:SetEvent,ResetEvent和PulseEvent。用事件來同步線程是一種比較理想的作法，但在實際的使用過程當中要注意的是，對自動重置事件調用SetEvent和PulseEvent有可能會引發死鎖，必須當心。

二、  Critical Section
使用臨界區域的第一個忠告就是不要長時間鎖住一份資源。這裏的長時間是相對的，視不一樣程序而定。對一些控制軟件來講，多是數毫秒，可是對另一些程序來講，能夠長達數分鐘。但進入臨界區後必須儘快地離開，釋放資源。若是不釋放的話，會如何？答案是不會怎樣。若是是主線程（GUI線程）要進入一個沒有被釋放的臨界區，呵呵，程序就會掛了！臨界區域的一個缺點就是：Critical Section不是一個核心對象，沒法獲知進入臨界區的線程是生是死，若是進入臨界區的線程掛了，沒有釋放臨界資源，系統沒法獲知，並且沒有辦法釋放該臨界資源。這個缺點在互斥器(Mutex)中獲得了彌補。Critical Section在MFC中的相應實現類是CcriticalSection。CcriticalSection：：Lock()進入臨界區，CcriticalSection：：UnLock()離開臨界區。

三、  Mutex
互斥器的功能和臨界區域很類似。區別是：Mutex所花費的時間比Critical Section多的多，可是Mutex是核心對象(Event、Semaphore也是)，能夠跨進程使用，並且等待一個被鎖住的Mutex能夠設定TIMEOUT，不會像Critical Section那樣沒法得知臨界區域的狀況，而一直死等。MFC中的對應類爲CMutex。Win32函數有：建立互斥體CreateMutex() ，打開互斥體OpenMutex()，釋放互斥體ReleaseMutex()。Mutex的擁有權並不是屬於那個產生它的線程，而是最後那個對此Mutex進行等待操做（WaitForSingleObject等等）而且還沒有進行ReleaseMutex()操做的線程。線程擁有Mutex就好像進入Critical Section同樣，一次只能有一個線程擁有該Mutex。若是一個擁有Mutex的線程在返回以前沒有調用ReleaseMutex()，那麼這個Mutex就被捨棄了，可是當其餘線程等待(WaitForSingleObject等)這個Mutex時，仍能返回，並獲得一個WAIT_ABANDONED_0返回值。可以知道一個Mutex被捨棄是Mutex特有的。

四、  Semaphore
信號量是最具歷史的同步機制。信號量是解決producer/consumer問題的關鍵要素。對應的MFC類是Csemaphore。Win32函數CreateSemaphore（）用來產生信號量。ReleaseSemaphore（）用來解除鎖定。Semaphore的現值表明的意義是目前可用的資源數，若是Semaphore的現值爲1，表示還有一個鎖定動做能夠成功。若是現值爲5，就表示還有五個鎖定動做能夠成功。當調用Wait…等函數要求鎖定，若是Semaphore現值不爲0，Wait…立刻返回，資源數減1。當調用ReleaseSemaphore（）資源數加1，當時不會超過初始設定的資源總數。

 

線程之間的通信：
線程經常要將數據傳遞給另一個線程。Worker線程可能須要告訴別人說它的工做完成了，GUI線程則可能須要交給Worker線程一件新的工做。
經過PostThreadMessage（），能夠將消息傳遞給目標線程，固然目標線程必須有消息隊列。以消息看成通信方式，比起標準技術如使用全局變量等，有很大的好處。若是對象是同一進程中的線程，能夠發送自定義消息，傳遞數據給目標線程，若是是線程在不一樣的進程中，就涉及進程之間的通信了。下面將會講到。

 

進程之間的通信：

當線程分屬於不一樣進程，也就是分駐在不一樣的地址空間時，它們之間的通信須要跨越地址空間的邊界，便得采起一些與同一進程中不一樣線程間通信不一樣的方法。

一、  Windows專門定義了一個消息：WM_COPYDATA,用來在線程之間搬移數據，――無論兩個線程是否同屬於一個進程。同時接受這個消息的線程必須有一個窗口，即必須是UI線程。WM_COPYDATA必須由SendMessage（）來發送，不能由PostMessage（）等來發送，這是由待發送數據緩衝區的生命期決定的，出於安全的須要。

二、  WM_COPYDATA效率上面不是過高，若是要求高效率，能夠考慮使用共享內存（Shared Memory）。使用共享內存要作的是：設定一塊內存共享區域；使用共享內存；同步處理共享內存。
第一步：設定一塊內存共享區域。首先，CreateFileMapping（）產生一個file-mapping核心對象，並指定共享區域的大小。MapViewOfFile（）得到一個指針指向可用的內存。若是是C/S模式，由Server端來產生file-mapping，那麼Client端使用OpenFileMapping（），而後調用MapViewOfFile（）。
第二步：使用共享內存。共享內存指針的使用是一件比較麻煩的事，咱們須要藉助_based屬性，容許指針被定義爲從某一點開始起算的32位偏移值。
第三步：清理。UnmapViewOfFile（）交出由MapViewOfFile（）得到的指針，CloseHandle（）交出file-mapping核心對象的handle。
第四步：同步處理。能夠藉助Mutex來進行同步處理。

三、  IPC
1）Anonymous Pipes。Anonymous Pipes只被使用於點對點通信。當一個進程產生另外一個進程時，這是最有用的一種通信方式。
2）Named Pipes。Named Pipes能夠是單向，也能夠是雙向，而且能夠跨越網絡，步侷限於單機。
3）Mailslots。Mailslots爲廣播式通信。Server進程能夠產生Mailslots,任何Client進程能夠寫數據進去，可是隻有Server進程能夠取數據。
4）OLE Automation。OLE Automation和UDP都是更高階的機制，容許通信發生於不一樣進程間，甚至不一樣機器間。
5）DDE。DDE動態數據交換，使用於16位Windows，目前這一方式應儘可能避免使用。 

本文來自CSDN博客，轉載請標明出處：http://blog.csdn.net/eulb/archive/2008/03/13/2177500.aspx

 

 

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多線程同步機制 (Windows)

 

線程的同步機制：

一、   Event
用事件（Event）來同步線程是最具彈性的了。一個事件有兩種狀態：激發狀態和未激發狀態。也稱有信號狀態和無信號狀態。事件又分兩種類型：手動重置事件和自動重置事件。手動重置事件被設置爲激發狀態後，會喚醒全部等待的線程，並且一直保持爲激發狀態，直到程序從新把它設置爲未激發狀態。自動重置事件被設置爲激發狀態後，會喚醒「一個」等待中的線程，而後自動恢復爲未激發狀態。因此用自動重置事件來同步兩個線程比較理想。MFC中對應的類爲 CEvent.。CEvent的構造函數默認建立一個自動重置的事件，並且處於未激發狀態。共有三個函數來改變事件的狀態:SetEvent,ResetEvent和PulseEvent。用事件來同步線程是一種比較理想的作法，但在實際的使用過程當中要注意的是，對自動重置事件調用SetEvent和PulseEvent有可能會引發死鎖，必須當心。

二、   Critical Section
使用臨界區域的第一個忠告就是不要長時間鎖住一份資源。這裏的長時間是相對的，視不一樣程序而定。對一些控制軟件來講，多是數毫秒，可是對另一些程序來講，能夠長達數分鐘。但進入臨界區後必須儘快地離開，釋放資源。若是不釋放的話，會如何？答案是不會怎樣。若是是主線程（GUI線程）要進入一個沒有被釋放的臨界區，呵呵，程序就會掛了！臨界區域的一個缺點就是：Critical Section不是一個核心對象，沒法獲知進入臨界區的線程是生是死，若是進入臨界區的線程掛了，沒有釋放臨界資源，系統沒法獲知，並且沒有辦法釋放該臨界資源。這個缺點在互斥器(Mutex)中獲得了彌補。Critical Section在MFC中的相應實現類是CcriticalSection。CcriticalSection：：Lock()進入臨界區，CcriticalSection：：UnLock()離開臨界區。

三、   Mutex
互斥器的功能和臨界區域很類似。區別是：Mutex所花費的時間比Critical Section多的多，可是Mutex是核心對象(Event、Semaphore也是)，能夠跨進程使用，並且等待一個被鎖住的Mutex能夠設定 TIMEOUT，不會像Critical Section那樣沒法得知臨界區域的狀況，而一直死等。MFC中的對應類爲CMutex。Win32函數有：建立互斥體CreateMutex() ，打開互斥體OpenMutex()，釋放互斥體ReleaseMutex()。Mutex的擁有權並不是屬於那個產生它的線程，而是最後那個對此 Mutex進行等待操做（WaitForSingleObject等等）而且還沒有進行ReleaseMutex()操做的線程。線程擁有Mutex就好像進入Critical Section同樣，一次只能有一個線程擁有該Mutex。若是一個擁有Mutex的線程在返回以前沒有調用ReleaseMutex()，那麼這個 Mutex就被捨棄了，可是當其餘線程等待(WaitForSingleObject等)這個Mutex時，仍能返回，並獲得一個 WAIT_ABANDONED_0返回值。可以知道一個Mutex被捨棄是Mutex特有的。

四、   Semaphore
信號量是最具歷史的同步機制。信號量是解決producer/consumer問題的關鍵要素。對應的MFC類是Csemaphore。Win32函數 CreateSemaphore（）用來產生信號量。ReleaseSemaphore（）用來解除鎖定。Semaphore的現值表明的意義是目前可用的資源數，若是Semaphore的現值爲1，表示還有一個鎖定動做能夠成功。若是現值爲5，就表示還有五個鎖定動做能夠成功。當調用Wait…等函數要求鎖定，若是Semaphore現值不爲0，Wait…立刻返回，資源數減1。當調用ReleaseSemaphore（）資源數加1，當時不會超過初始設定的資源總數。

線程之間的通信：
線程經常要將數據傳遞給另一個線程。Worker線程可能須要告訴別人說它的工做完成了，GUI線程則可能須要交給Worker線程一件新的工做。經過PostThreadMessage（），能夠將消息傳遞給目標線程，固然目標線程必須有消息隊列。以消息看成通信方式，比起標準技術如使用全局變量等，有很大的好處。若是對象是同一進程中的線程，能夠發送自定義消息，傳遞數據給目標線程，若是是線程在不一樣的進程中，就涉及進程之間的通信了。下面將會講到。進程之間的通信：當線程分屬於不一樣進程，也就是分駐在不一樣的地址空間時，它們之間的通信須要跨越地址空間的邊界，便得采起一些與同一進程中不一樣線程間通信不一樣的方法。一、   Windows專門定義了一個消息：WM_COPYDATA,用來在線程之間搬移數據，――無論兩個線程是否同屬於一個進程。同時接受這個消息的線程必須有一個窗口，即必須是UI線程。WM_COPYDATA必須由SendMessage（）來發送，不能由PostMessage（）等來發送，這是由待發送數據緩衝區的生命期決定的，出於安全的須要。二、   WM_COPYDATA效率上面不是過高，若是要求高效率，能夠考慮使用共享內存（Shared Memory）。使用共享內存要作的是：設定一塊內存共享區域；使用共享內存；同步處理共享內存。第一步：設定一塊內存共享區域。首先，CreateFileMapping（）產生一個file-mapping核心對象，並指定共享區域的大小。 MapViewOfFile（）得到一個指針指向可用的內存。若是是C/S模式，由Server端來產生file-mapping，那麼Client端使用OpenFileMapping（），而後調用MapViewOfFile（）。第二步：使用共享內存。共享內存指針的使用是一件比較麻煩的事，咱們須要藉助_based屬性，容許指針被定義爲從某一點開始起算的32位偏移值。第三步：清理。UnmapViewOfFile（）交出由MapViewOfFile（）得到的指針，CloseHandle（）交出file-mapping核心對象的handle。第四步：同步處理。能夠藉助Mutex來進行同步處理。三、   IPC1）Anonymous Pipes。Anonymous Pipes只被使用於點對點通信。當一個進程產生另外一個進程時，這是最有用的一種通信方式。2）Named Pipes。Named Pipes能夠是單向，也能夠是雙向，而且能夠跨越網絡，步侷限於單機。3）Mailslots。Mailslots爲廣播式通信。Server進程能夠產生Mailslots,任何Client進程能夠寫數據進去，可是隻有Server進程能夠取數據。4）OLE Automation。OLE Automation和UDP都是更高階的機制，容許通信發生於不一樣進程間，甚至不一樣機器間。5）DDE。DDE動態數據交換，使用於16位Windows，目前這一方式應儘可能避免使用。