线程杂谈2 －续

同步机制

当有多个线程同时读写一个资源时，使用同步机制可以保护数据的完整性，也可以防止数据被损坏。线程同步有很多种方式，但最常用的还是临界区（Critical Sections），这里只讨论临界区。不过之前，先说明一下同步（Synchronous）和异步（Asynchronous）的概念。当程序1调用程序2时，程序1停止不动，直到程序2完成回到程序1来，程序1才继续下去，这就是同步；如果程序1调用程序2后，自己继续执行下去，那么两者之间就是异步。很明显多线程是一种异步执行方式，Windows系统的SendMessage和PostMessage分别是同步和异步方式。

一个TRTLCriticalSection类型的变量代表了一个临界区，引用《Windows高级编程》中的话，临界区就好像一个只能进一人的洗手间，后面的人只能排队等到进去的人出来才能进去。让我讲得详细一点，假设你有一个数据结构A会被线程B和C读写，则你可以声明一个TRTLCriticalSection变量CS，接着调用InitializeCriticalSection(CS)，这时你拥有了一个临界区，在B和C线程对A进行读写的地方，都套上如下的代码：

EnterCriticalSection(CS);

try

//对A进行读写

finally

  LeaveCriticalSection(CS);

end;

你便能保证同一时间只有一个线程对A进行读写。

它的过程是这样的：

线程B和C一直在运行，某一时刻，B和C同时要对A进行操作，但事实上是不可能同时的，总有一个线程会快一点，假设是B吧，B线程的第一句便是EnterCriticalSection(CS)，使得线程B进入了临界区，接着B对A进行操作。而操作系统总是这样频繁的在不同线程之间切换以制造“多任务”的假象，当B对A的操作进行到一半时，系统将执行权切换给线程C，我们知道C也要对A进行操作，它的第一句也是EnterCriticalSection(CS)，可是进这个“洗手间”时发现里面已经有“人”了，C没办法只能一直停在Enter的地方等候，过很短的时间，执行权交给了线程B，B继续对A进行操作，如此反复，B终于操作完了，最后调用LeaveCriticalSection(CS)离开“洗手间”，这时执行权再交到C时，C发现B已经离开临界区，它终于可以进入临界区对于A进行操作了，而此时别的线程要对A进行操作，也只能等C离开“洗手间”。

对于临界区有些地方值得注意：

1.      一个TRTLCriticalSection变量代表一个临界区，如果你使用两个这样的变量，则它们是毫不相干的，就像两个“洗手间”一样，对于同一个资源不能起到同步的作用。

2.      不要针对多个资源只声明一个Critical Section，这样使每一时刻只能对一个资源进行读写，会对程序的效率有很大的影响。为每个需要同步保护的资源声明一个临界区变量。

3.      需要对资源进行同步保护，则所有对资源操作的地方都要有Enter和Leave函数，且要有Try..finally结构，保证最后能Leave。

4.      在临界区里面不要进行非常费时的操作，更重要的防止死锁的发生。

死锁

线程同步虽好，但也带来一些问题，最典型的就是死锁，死锁通常发生在线程之间相互等待的情况下。拿临界区来说，假设有两个临界区，两个线程分别进入一个临界区，接着各自又要进入另一个临界区，这时就会落入“你等我，我等你”的轮回。下面我制造这种场景给你给看看：

unit Unit1;

interface

uses
   Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
   Dialogs, StdCtrls;

const
   WM_MYMESSAGE = WM_USER + 001;

type
   TMyThread1 = class(TThread)
  protected
    procedure Execute; override;
  end;

   TMyThread2 = class(TThread)
  protected
    procedure Execute; override;
  end;

   TForm1 = class(TForm)
     Button1: TButton;
    procedure Button1Click(Sender: TObject);
    procedure FormCreate(Sender: TObject);
    procedure FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction);
  private
    { Private declarations }
  public
    { Public declarations }
     Thd1: TMyThread1;
     Thd2: TMyThread2;
  end;

var
   Form1: TForm1;
   CS1, CS2: TRTLCriticalSection;
implementation

{$R *.dfm}

procedure DeadLock(var CSA, CSB: TRTLCriticalSection);
begin
   EnterCriticalSection(CSA);
    Sleep(100);
   EnterCriticalSection(CSB);
  try
     Sleep(1000);
  finally
     LeaveCriticalSection(CSA);
     LeaveCriticalSection(CSB);
  end;
end;

{ TMyThread }

procedure TMyThread1.Execute;
begin
   DeadLock(CS1, CS2);
end;

{ TMyThread2 }

procedure TMyThread2.Execute;
begin
   DeadLock(CS2, CS1);
end;

{ TForm1 }

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
   Thd1.Resume;
   Thd2.Resume;
end;

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
   InitializeCriticalSection(CS1);
   InitializeCriticalSection(CS2);
   Thd1 := TMyThread1.Create(True);
   Thd2 := TMyThread2.Create(True);
end;

procedure TForm1.FormClose(Sender: TObject; var Action: TCloseAction);
begin
   DeleteCriticalSection(CS1);
   DeleteCriticalSection(CS2);
   Thd1.Free;
   Thd2.Free;
end;

end.

运行上面程序，点击按钮1，你的程序没有什么异样，但关闭程序看看，程序关闭不了，因为两个线程落到相互等待的局面，而线程的Free又在等Execute结束，所以程序没有办法关闭了。

让我说说为什么会发生死锁，点击Button1时，两个线程同时启动，TMyThread1执行了DeadLock(CS1, CS2)，而TMyThread2执行了DeadLock(CS2, CS1)，注意到两个参数倒过来了。

它的过程是这样，首先线程1先执行DeadLock，第一个进入EnterCriticalSection(CSA)，注意这里的CSA是CS1，接下来Sleep(100)，在线程1睡觉到一般时，线程2得到执行权也执行DeadLock，它也进入EnterCriticalSection(CSA)，这里的CSA却是CS2，接着线程2也Sleep(100)，也是睡到一半，换到线程1，线程1睡醒后往下执行，它要Enter到CSB，对于线程1来说，CSB是CS2，但CS2已经被线程2给Enter了，所以线程1挂起等待线程2离开CS2临界区；接着线程2醒来要进入EnterCriticalSection(CSB)，这里的CSB是CS1，但CS1给线程1进入了，所以线程2也挂起等待线程1离开CS1临界区。就这样，两个线程相互等待，没完没了。

这就是死锁发生的情况之一，当多个临界区一起工作时，死锁就有可能发生，这是要特别注意的，在死锁可能发生的地方，尽量只用一个临界区。