线程的同步和异步

一、同步和异步的概念

同步：就是发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回或继续执行后续操作。

根据这个定义，Java中所有方法都是同步调用，应为必须要等到结果后才会继续执行。我们在说同步、异步的时候，一般而言是特指那些需要其他端协作或者需要一定时间完成的任务。

简单来说，同步就是必须一件一件事做，等前一件做完了才能做下一件事。

 

异步（Async）

     异步与同步相对，当一个异步过程调用发出后，调用者在没有得到结果之前，就可以继续执行后续操作。当这个调用完成后，一般通过状态、通知和回调来通知调用者。对于异步调用，调用的返回并不受调用者控制。

举个例子简单说明下两者的区别：

同步：火车站多个窗口卖火车票，假设A窗口当卖第288张时，在这个短暂的过程中，其他窗口都不能卖这张票，也不能继续往下卖，必须这张票处理完其他窗口才能继续卖票。直白点说就是当你看见程序里出现synchronized这个关键字，将任务锁起来，当某个线程进来时，不能让其他线程继续进来，那就代表是同步了。

异步：当我们用手机下载某个视频时，我们大多数人都不会一直等着这个视频下载完，而是在下载的过程看看手机里的其他东西，比如用qq或者是微信聊聊天，这种的就是异步，你执行你的，我执行我的，互不干扰。比如上面卖火车票，如果多个窗口之间互不影响，我行我素，A窗口卖到第288张了，B窗口不管A窗口，自己也卖第288张票，那显然会出错了。

 

举个例子：普通B/S模式（同步）AJAX技术（异步）

同步：提交请求->等待服务器处理->处理完返回 这个期间客户端浏览器不能干任何事

异步：请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕

可见，彼“同步”非此“同步”——我们说的java中的那个共享数据同步（synchronized）

一个同步的对象是指行为（动作），一个是同步的对象是指物质（共享数据）。

 

特点

显然，同步最最安全，最保险的。而异步不安全，容易导致死锁，这样一个线程死掉就会导致整个进程崩溃，但没有同步机制的存在，性能会有所提升

 

二、四种进程或线程同步互斥的控制方法

临界区、互斥区、事件、信号量四种方式

临界区（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件（Event）的区别

1、临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。

2、互斥量：采用互斥对象机制。 只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享

3、信号量：它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目

4、事 件： 通过通知操作的方式来保持线程的同步，还可以方便实现对多个线程的优先级比较的操作

 

三、临界区、互斥区、事件、信号量四种方式详解

临界区（Critical Section）
     

      保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。如果有多个线程试图同时访问临界区，那么 在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操 作共享资源的目的。 
      临界区包含两个操作原语： 
   

 EnterCriticalSection（） 进入临界区 
 LeaveCriticalSection（） 离开临界区 

          EnterCriticalSection（） 语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么，必须确保与之匹配的 LeaveCriticalSection（）都能够被执行到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快，但却只能用来同步本 进程内的线程，而不可用来同步多个进程中的线程。 
          MFC提供了很多功能完备的类，我用MFC实现了临界区。MFC为临界区提供有一个 CCriticalSection类，使用该类进行线程同步处理是 非常简单的。只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数Lock（）和UnLock（）标定出被保护代码片段即可。Lock（）后代 码用到的资源自动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访问这些资源。

 

互斥量（Mutex） 
   

       互斥量跟临界区很相似，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限，由于互斥对象只有一个，因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。互斥量比临界区复杂。因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。 
   
       互斥量包含的几个操作原语： 
     

CreateMutex（） 创建一个互斥量 
OpenMutex（） 打开一个互斥量 
ReleaseMutex（） 释放互斥量 
WaitForMultipleObjects（） 等待互斥量对象 

   
      同样MFC为互斥量提供有一个CMutex类。使用CMutex类实现互斥量操作非常简单，但是要特别注意对CMutex的构造函数的调用 
      CMutex( BOOL bInitiallyOwn = FALSE, LPCTSTR lpszName = NULL, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsaAttribute = NULL) 
不用的参数不能乱填，乱填会出现一些意想不到的运行结果。

信号量（Semaphores）
 

         信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源 ，这与操作系统中的PV操作相同。它指出了同时访问共享 资源的线程 最大数目。它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。在用CreateSemaphore（）创建信号量 时即要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。一般是将当前可用资源计数设置为最大资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问，当前可用资源计数 就会减1，只要当前可用资源计数是大于0的，就可以发出信号量信号。但是当前可用计数减小到0时则说明当前占用资源的线程数已经达到了所允许的最大数目， 不能在允许其他线程的进入，此时的信号量信号将无法发出。线程在处理完共享资源后，应在离开的同时通过ReleaseSemaphore（）函数将当前可 用资源计数加1。在任何时候当前可用资源计数决不可能大于最大资源计数。 
PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。信号量S是一个整数，S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。 
P操作 申请资源： 
   　　（1）S减1； 
   　　（2）若S减1后仍大于等于零，则进程继续执行； 
   　　（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转入进程调度。 
   V操作 释放资源： 
   　　（1）S加1； 
   　　（2）若相加结果大于零，则进程继续执行； 
   　　（3）若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。 
   
   　　信号量包含的几个操作原语： 
   　

　     CreateSemaphore（） 创建一个信号量 
   　　OpenSemaphore（） 打开一个信号量 
   　　ReleaseSemaphore（） 释放信号量 
   　　WaitForSingleObject（） 等待信号量

 

事件（Event） 
   

事件对象也可以通过通知操作的方式来保持线程的同步。并且可以实现不同进程中的线程同步操作。 
信号量包含的几个操作原语： 
   　　

       CreateEvent（） 创建一个事件 
   　　OpenEvent（） 打开一个事件 
   　　SetEvent（） 回置事件 
   　　WaitForSingleObject（） 等待一个事件 
   　　WaitForMultipleObjects（）　　　　　　　　 等待多个事件 
   　　　　WaitForMultipleObjects 函数原型： 
   　　　　　WaitForMultipleObjects（ 
   　　　　　IN DWORD nCount, // 等待句柄数 
   　　　　　IN CONST HANDLE *lpHandles, //指向句柄数组 
   　　　　　IN BOOL bWaitAll, //是否完全等待标志 
   　　　　　IN DWORD dwMilliseconds //等待时间 
   　　　　　） 

参 数nCount指定了要等待的内核对象的数目，存放这些内核对象的数组由lpHandles来指向。fWaitAll对指定的这nCount个内核对象的两种等待方式进行了指定，为TRUE时当所有对象都被通知时函数才会返回，为FALSE则只要其中任何一个得到通知就可以返回。 dwMilliseconds在这里的作用与在WaitForSingleObject（）中的作用是完全一致的。如果等待超时，函数将返回 WAIT_TIMEOUT。

 

总结： 
1． 互斥量与临界区的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是说它可以跨越进程使用。所以创建互斥量需要的资源更多，所以如果只为了在进程内部是用的话使用临界区会带来速度上的优势并能够减少资源占用量 。因为互斥量是跨进程的互斥量一旦被创建，就可以通过名字打开它。 
2． 互斥量（Mutex），信号灯（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越进程使用来进行同步数据操作，而其他的对象与数据同步操作无关，但对于进程和线程来讲，如果进程和线程在运行状态则为无信号状态，在退出后为有信号状态。所以可以使用WaitForSingleObject来等待进程和 线程退出。 
3． 通过互斥量可以指定资源被独占的方式使用，但如果有下面一种情况通过互斥量就无法处理，比如现在一位用户购买了一份三个并发访问许可的数据库系统，可以根据用户购买的访问许可数量来决定有多少个线程/进程能同时进行数据库操作，这时候如果利用互斥量就没有办法完成这个要求，信号灯对象可以说是一种资源计数器。