多线程大串讲之二： 多线程同步的学习[1]

一、CriticalSection(临界区)

临界区"(CriticalSection): 当把一段代码放入一个临界区, 线程执行到临界区时就独占了, 让其他也要执行此代码的线程先等等; 这和前面用的 Lock 和 UnLock 差不多; 使用格式如下:

Var
CS: TRTLCriticalSection;   {声明一个 TRTLCriticalSection 结构类型变量; 它应该是全局的}
InitializeCriticalSection(CS); {初始化}
EnterCriticalSection(CS);      {开始: 轮到我了其他线程走开}
LeaveCriticalSection(CS);      {结束: 其他线程可以来了}
DeleteCriticalSection(CS);     {删除: 注意不能过早删除}
//也可用 TryEnterCriticalSection 替代 EnterCriticalSection.

 

Delphi 在 SyncObjs 单元给封装了一个 TCriticalSection 类, 用法差不多

二、等待函数 WaitForSingleObject

function WaitForSingleObject(
  hHandle: THandle;      {要等待的对象句柄}
  dwMilliseconds: DWORD  {等待的时间, 单位是毫秒}
): DWORD; stdcall;       {返回值如下:}

WAIT_OBJECT_0  {等着了}
WAIT_TIMEOUT   {等过了点(你指定的时间), 也没等着}
WAIT_ABANDONED {好不容易等着了, 但人家还是不让咱执行; 这一般是互斥对象}

//WaitForSingleObject 的第二个参数一般给常数值 INFINITE, 表示一直等下去, 死等.

 

WaitForSingleObject 等待什么? 在多线程里就是等待另一个线程的结束, 快来执行自己的代码; 不过它可以等待的对象可不止线程; 这里先来一个等待另一个进程结束的例子, 运行效果图:

三、 Mutex (互斥对象)

互斥对象是系统内核对象, 各线程都可以拥有它, 谁拥有谁就能执行; 

执行完毕, 用 ReleaseMutex 函数释放拥有权, 以让其他等待的线程使用.

其他线程可用 WaitForSingleObject 函数排队等候(等候也可以理解为排队申请).

ar hMutex: THandle; {应该先声明一个全局的互斥句柄}
CreateMutex          {建立一个互斥对象}
WaitForSingleObject  {用等待函数排队等候}
ReleaseMutex         {释放拥有权}
CloseHandle          {最后释放互斥对象}
ReleaseMutex、CloseHandle 的参数都是 CreateMutex 返回的句柄, 关键是 CreateMutex 函数

function CreateMutex(
  lpMutexAttributes: PSecurityAttributes;
  bInitialOwner: BOOL; {是否让创建者(此例中是主线程)拥有该互斥对象}
  lpName: PWideChar    {可以给此互斥对象取个名字, 如果不要名字可赋值为 nil}
): THandle;
{
1、第一个参数前面说过.
2、第二个参数在这里一定要是 False, 如果让主线程拥有互斥, 从理论上讲, 得等程序退出后其他线程才有机会;
   取值 False 时, 第一个执行的线程将会最先拥有互斥对象, 一旦拥有其他线程就得先等等.
3、第三个参数, 如果给个名字, 函数将从系统中寻找是否有重名的互斥对象, 如果有则返回同名对象的存在的句柄;
   如果赋值为 nil 将直接创建一个新的互斥对象; 下个例子将会有名字. }

 

Mutex 作为系统核心对象是可以跨进程的(临界区就不行), 我们可以利用互斥对象禁止程序重复启动.

思路:

先用 OpenMutex 尝试打开一个自定义名称的 Mutex 对象, 如果打开失败说明之前没有这个对象存在;

如果之前没有这个对象, 马上用 CreateMutex 建立一个, 此时的程序应该是第一次启动;

再重复启动时, 那个 OpenMutex 就有结果了, 然后强制退出.

最后在程序结束时用 CloseHandle 释放 Mutex 对象.

function OpenMutex(
  dwDesiredAccess: DWORD; {打开权限}
  bInheritHandle: BOOL;   {能否被当前程序创建的进程继承}
  pName: PWideChar        {Mutex 对象的名称}
): THandle; stdcall;      {成功返回 Mutex 的句柄; 失败返回 0}

 

注意, 这里的 CreateMutex 函数应该有个名了, 因为 OpenMutex 要用到;

另外, CreateMutex 的第二个参数已经不重要了(也就是 True 和 False 都行), 因为这里是用其名称来判断的.

var
  hMutex: THandle;
const
  NameMutex = 'MyMutex';

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
  if OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, False, NameMutex) <> 0 then
  begin
    ShowMessage('该程序已启动');
    Application.Terminate;
  end;
  hMutex := CreateMutex(nil, False, NameMutex);
end;

 

四、Semaphore (信号对象)

之前已经有了两种多线程的同步方法:

CriticalSection(临界区) 和 Mutex(互斥), 这两种同步方法差不多, 只是作用域不同;

CriticalSection(临界区) 类似于只有一个蹲位的公共厕所, 只能一个个地进; 

Mutex(互斥) 对象类似于接力赛中的接力棒, 某一时刻只能一个人持有, 谁拿着谁跑.

什么是 Semaphore(信号或叫信号量)呢?

譬如到银行办业务、或者到车站买票, 原来只有一个服务员, 不管有多少人排队等候, 业务只能一个个地来.

假如增加了业务窗口, 可以同时受理几个业务呢?

这就类似与 Semaphore 对象, Semaphore 可以同时处理等待函数(如: WaitForSingleObject)申请的几个线程.

Semaphore 的工作思路如下:

1、首先要通过 CreateSemaphore(安全设置, 初始信号数, 信号总数, 信号名称) 建立信号对象;

参数四: 和 Mutex 一样, 它可以有个名称, 也可以没有, 本例就没有要名称(nil); 有名称的一般用于跨进程.

参数三: 信号总数, 是 Semaphore 最大处理能力, 就像银行一共有多少个业务窗口一样;

参数二: 初始信号数, 这就像银行的业务窗口很多, 但打开了几个可不一定, 如果没打开和没有一样;

参数一: 安全设置和前面一样, 使用默认(nil)即可.

2、要接受 Semaphore 服务(或叫协调)的线程, 同样需要用等待函数(如: WaitForSingleObject)排队等候;

3、当一个线程使用完一个信号, 应该用 ReleaseSemaphore(信号句柄, 1, nil) 让出可用信号给其他线程;

参数三: 一般是 nil, 如果给个数字指针, 可以接受到此时(之前)总共闲置多少个信号;

参数二: 一般是 1, 表示增加一个可用信号;

如果要增加 CreateSemaphore 时的初始信号, 也可以通过 ReleaseSemaphore.

4、最后, 作为系统内核对象, 要用 CloseHandle 关闭.

另外, 在 Semaphore 的总数是 1 的情况下, 就和 Mutex(互斥) 一样了.

var
  f: Integer;          {用这个变量协调一下各线程输出的位置}
  hSemaphore: THandle; {信号对象的句柄}

function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
  i,y: Integer;
begin
  Inc(f);
  y := 20 * f;
  if WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE) = WAIT_OBJECT_0 then
  begin
    for i := 0 to 1000 do
    begin
      Form1.Canvas.Lock;
      Form1.Canvas.TextOut(20, y, IntToStr(i));
      Form1.Canvas.Unlock;
      Sleep(1); {以免 Canvas 忙不过来}
    end;
  end;
  ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, nil);
  Result := 0;
end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  ThreadID: DWORD;
begin
  {不知是不是之前创建过 Semaphore 对象, 假如有先关闭}
  CloseHandle(hSemaphore);
  {创建 Semaphore 对象}
  hSemaphore := CreateSemaphore(nil, StrToInt(Edit1.Text), 5, nil);

  Self.Repaint;
  f := 0;
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);
end;
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
  CloseHandle(hSemaphore);
end;