4：一个经典的多线程同步问题汇总

一个经典的多线程同步问题

程序描述：

主线程启动10个子线程并将表示子线程序号的变量地址作为参数传递给子线程。子线程接收参数 -> sleep(50) -> 全局变量++ -> sleep(0) -> 输出参数和全局变量。

要求：

1．子线程输出的线程序号不能重复。

2．全局变量的输出必须递增。

下面画了个简单的示意图：

分析下这个问题的考察点，主要考察点有二个：

1．主线程创建子线程并传入一个指向变量地址的指针作参数，由于线程启动须要花费一定的时间，所以在子线程根据这个指针访问并保存数据前，主线程应等待子线程保存完毕后才能改动该参数并启动下一个线程。这涉及到主线程与子线程之间的同步。

2．子线程之间会互斥的改动和输出全局变量。要求全局变量的输出必须递增。这涉及到各子线程间的互斥。

下面列出这个程序的基本框架，可以在此代码基础上进行修改和验证。

//经典线程同步互斥问题

#include

#include

#include

long g_nNum; //全局资源

unsigned int__stdcall Fun(void *pPM); //线程函数

const int THREAD_NUM = 10; //子线程个数

int main()

{

g_nNum = 0;

HANDLE handle[THREAD_NUM];

int i = 0;

while (i < THREAD_NUM)

{

handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL);

i++;//等子线程接收到参数时主线程可能改变了这个i的值}

//保证子线程已全部运行结束

WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);

return 0;

}

unsigned int__stdcall Fun(void *pPM)

{

//由于创建线程是要一定的开销的，所以新线程并不能第一时间执行到这来int nThreadNum = *(int *)pPM; //子线程获取参数

Sleep(50);//some work should to do

g_nNum++; //处理全局资源

Sleep(0);//some work should to do

printf("线程编号为%d 全局资源值为%d\n", nThreadNum, g_nNum);

return 0;

}

运行结果：

可以看出，运行结果完全是混乱和不可预知的。运用Windows平台下各种手段包括关键段，事件，互斥量，信号量等等来解决这个问题。

关键段CRITICAL_SECTION

首先介绍下如何使用关键段，然后再深层次的分析下关键段的实现机制与原理。

关键段CRITICAL_SECTION一共就四个函数，使用很是方便。下面是这四个函数的原型和使用说明。

函数功能：初始化

函数原型：

void InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

函数说明：定义关键段变量后必须先初始化。

函数功能：销毁

函数原型：

void DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

函数说明：用完之后记得销毁。

函数功能：进入关键区域

函数原型：

void EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

函数说明：系统保证各线程互斥的进入关键区域。

函数功能：离开关关键区域

函数原型：

void LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection);

然后在经典多线程问题中设置二个关键区域。一个是主线程在递增子线程序号时，另一个是各子线程互斥的访问输出全局资源时。详见代码：

#include

#include

#include

long g_nNum;

unsigned int__stdcall Fun(void *pPM);

const int THREAD_NUM = 10;

//关键段变量声明

CRITICAL_SECTION g_csThreadParameter, g_csThreadCode;

int main()

{

printf("经典线程同步--关键段\n");

//关键段初始化

InitializeCriticalSection(&g_csThreadParameter);

InitializeCriticalSection(&g_csThreadCode);

HANDLE handle[THREAD_NUM];

g_nNum = 0;

int i = 0;

while (i < THREAD_NUM)

{

EnterCriticalSection(&g_csThreadParameter);//进入子线程序号关键区域

handle[i] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Fun, &i, 0, NULL);

++i;

}

WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);

DeleteCriticalSection(&g_csThreadCode);

DeleteCriticalSection(&g_csThreadParameter);

return 0;

}

unsigned int__stdcall Fun(void *pPM)

{

int nThreadNum = *(int *)pPM;

LeaveCriticalSection(&g_csThreadParameter);//离开子线程序号关键区域

Sleep(50);//some work should to do

EnterCriticalSection(&g_csThreadCode);//进入各子线程互斥区域

g_nNum++;

Sleep(0);//some work should to do

printf("线程编号为%d 全局资源值为%d\n", nThreadNum, g_nNum);