Win32 - 多线程之线程同步

上一篇我们讲到：有一个全局变量`long long num = 0;`，然后创建了50个线程，其中一半执行`threadInc`函数，对num进行加1操作，另一半执行`threadDes`函数，进行减1操作。每个线程循环50万次，所以理论上如果没有任何竞争的话，最后的结果应该是0，因为加减次数相同。但实际运行的时候，结果可能不是0，而是其他数值，这说明存在数据竞争的问题。

为了解决多线程并发访问全局变量导致的数据竞争问题，可以使用 Windows API 的互斥对象（Mutex）来同步线程操作。

1、CreateMutex

CreateMutex 是 Windows API 中用于创建或打开一个互斥体（Mutex）对象的函数，其原型如下：

HANDLE CreateMutex(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,  // 安全属性（通常为 NULL）
  BOOL                  bInitialOwner,      // 初始所有权（是否立即拥有互斥体）
  LPCSTR                lpName              // 互斥体名称（跨进程标识，可为 NULL）
);

参数说明

1. lpMutexAttributes

   • 类型：LPSECURITY_ATTRIBUTES（指向 SECURITY_ATTRIBUTES 结构的指针）

   • 作用：定义互斥体的安全属性（如继承性），通常设为 NULL，表示使用默认安全设置。

2. bInitialOwner

   • 类型：BOOL

   • 作用：指定调用线程是否立即拥有互斥体的所有权。

     • TRUE：调用线程直接获得互斥体，需手动调用 ReleaseMutex 释放。

     • FALSE（推荐）：互斥体初始处于未锁定状态，线程需通过 WaitForSingleObject 请求所有权。

3. lpName

   • 类型：LPCSTR（常量字符串指针）

   • 作用：为互斥体命名，用于跨进程共享。

     • 非空：创建命名互斥体（其他进程可通过相同名称访问）。

     • NULL：创建未命名的互斥体（仅限同一进程内使用）。

 

使用步骤：

（1）创建互斥体
在 main 函数中使用 CreateMutex 创建互斥体：

hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);

• FALSE 表示主线程不立即拥有互斥体。

• 如果创建失败，通过 GetLastError() 输出错误信息。

（2）线程函数中加锁/解锁

在 threadInc 和 threadDes 的循环中，每次操作 num 前加锁，操作后解锁：

WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);  // 请求锁
num += 1;  // 或 num -= 1
ReleaseMutex(hMutex);                   // 释放锁

（3）关闭互斥体句柄

在所有线程结束后，关闭互斥体句柄：

CloseHandle(hMutex);

 

以下是修改后的代码：

#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
#include <process.h>

#define NUM_THREAD 50

unsigned WINAPI threadInc(void* arg);    // 加一操作
unsigned WINAPI threadDes(void* arg);    // 减一操作

// 全局变量
long long num = 0;
HANDLE hMutex;  // 互斥体句柄

int main(void) {
    HANDLE tHandles[NUM_THREAD];

    // 创建互斥体（未命名，初始状态为未锁定）
    hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);
    if (hMutex == NULL) {
        printf("CreateMutex error: %d\n", GetLastError());
        return 1;
    }

    // 创建50个线程（交替执行加/减操作）
    for (int i = 0; i < NUM_THREAD; i++) {
        if (i % 2) {
            tHandles[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, threadInc, NULL, 0, NULL);
        } else {
            tHandles[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, threadDes, NULL, 0, NULL);
        }
    }

    // 等待所有线程结束
    WaitForMultipleObjects(NUM_THREAD, tHandles, TRUE, INFINITE);

    // 关闭所有线程句柄和互斥体
    for (int i = 0; i < NUM_THREAD; i++) {
        CloseHandle(tHandles[i]);
    }
    CloseHandle(hMutex);

    printf("Final result: %lld\n", num);
    system("pause");
    return 0;
}

// 加一操作（通过互斥体同步）
unsigned WINAPI threadInc(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 500000; i++) {
        WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);  // 请求锁
        num += 1;
        ReleaseMutex(hMutex);                   // 释放锁
    }
    return 0;
}

// 减一操作（通过互斥体同步）
unsigned WINAPI threadDes(void* arg) {
    for (int i = 0; i < 500000; i++) {
        WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);  // 请求锁
        num -= 1;
        ReleaseMutex(hMutex);                   // 释放锁
    }
    return 0;
}

运行结果：