Windows编程同步对象和技术_常见的同步对象-优快云博客

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在多线程编程中，为了保证线程正确的运行，必须进行同步。Windows操作系统支持多种同步对象：
同步对象：互斥量(Mutex)
互斥量的一个重要特性是，只允许一个线程拥有它。
创建一个互斥量对象，可以使用CreateMutex函数

HANDLE WINAPI CreateMutex(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
BOOL bInitialOwner,
LPCSTR szName
)
用OpenMutex打开互斥量
HANDLE WINAPI OpenMutex(
DWORD dwDesiredAccess,
BOOL bInheritHandle,
LPCTSTR szName
)
线程操作完毕之后，必须释放互斥量一遍让其他线程获取。可以使用ReleaseMutex API 释放互斥量。
BOOL WINAPI ReleaseMutex(
HANDLE hMutex
)
最后用CloseHandle API关闭句柄
BOOL CloseHandle(
HANDLE hMutex
)

同步对象：信号量(semaphore)
信号量与互斥量类似，唯一的区别是多个对象可持有信号量的所有权。
创建信号量可以用CreateSemaphore API。
HANDLE WINAPI CreateSemaphore(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,
LONG lInitialCount,
LONG lMaximumCount,
LPCTSTR szName
)
打开已有的信号量可以使用OpenSemaphore API
HANDLE WINAPI OpenSemaphore(
DWORD dwDesiredAccess,
BOOL bInherithandle,
LPCTSTR szName
)
线程操作完毕之后，必须释放信号量以减少计数
BOOL WINAPI ReleaseSemaphore(
HANDLE hSemahore,
LONG lReleaseCount,
LPLONG lpPreviousCount
)
最后用CloseHandle API关闭句柄
BOOL CloseHandle(
HANDLE hMutex
)

同步对象：事件(Event)
事件对象播报任何线程都能收听到的公共信号。
创建时间对象
HANDLE WINAPI CreateEvent(
LPSECURITY_ATTRIBUTE lpEventAttributes,
BOOL bManualReset,
BOOL bInitialState,
LPCESTR szName
)
HANDLE WINAPI CreateEventEx(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,
LPCTSTR szName,
DWORD dwFlags,
DWORD dwDesiredAccess
)
打开一个现有的事件对象
HANDLE WINAPI OpenEvent(
DWORD dwDesiredAccess,
BOOL bInheritHandle,
LPCTSTR szName
)
设置事件对象
BOOL WINAPI SetEvent(
HANDLE hEvent;
)
重置事件对象
BOOL WINAPI ResetEvent(
HANDLE hEvent;
)
可以脉冲一个对象
BOOL WINAPI PulseEvent(
HANDLE hEvent;
)
最后用CloseHandle API关闭句柄
BOOL CloseHandle(
HANDLE hMutex
)

同步对象：临界区(Critical_Section)
临界区执行的功能与互斥量相同，不同的是临界区不能共享，它只对一个进程可见。
要先声明临界区才能使用它
CRITICAL_SECTION cs;
接着要初始化它：
void WINAPI InitializeCriticaSection(
LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection;
)

然后，通过调用EnterCriticalSection 或者TryEnterCriticalSection API让一个线程进入临界区：
void WINAPI EnterCriticalSection(
LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection;
)
BOOL WINAPI TryEnterCriticalSection(
LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection;
)
线程完成任务后，必须调用LeaveCriticalSection API离开临界区：
void WINAPI LeaveCriticalSection(
LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection;
)
接着调用DeleteCriticalSection API释放资源：
void WINAPI DeleteCriticalSection(
LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection;
)
同步对象：管道(Pipe)
管道是一种用于在进程间共享数据的机制，其实质是一段共享内存。Windows系统为这段共享的内存设计采用数据流I/0的方式来访问。由一个进程读、另一个进程写，类似于一个管道两端，因此这种进程间的通信方式称作“管道”。
管道分为匿名管道和命名管道。

1.匿名管道只能在父子进程间进行通信，不能在网络间通信，而且数据传输是单向的，只能一端写，另一端读。

2.命令管道可以在任意进程间通信，通信是双向的，任意一端都可读可写，但是在同一时间只能有一端读、一端写。

匿名管道：
创建管道：
BOOL WINAPI CreatePipe(
PHANDLE hReadPipe,//读取端句柄
PHANDLE hWritePipe,//输入端句柄
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpPipeAttributes,//安全属性
DWORD nSize// 管道的缓冲区容量，NULL表示默认大小
);
读取管道内数据：
BOOL ReadFile(
HANDLE hFile,//句柄，可以是标准输入输出流或文件或管道
LPVOID lpBuffer, //读取的数据写入缓冲区
DWORD nNumberOfBytesToRead,//指定读取的字节数
LPDWORD lpNumberOfBytesRead,//实际读取的字节数
LPOVERLAPPED lpOverlapped//用于异步操作,一般置为NULL
);
向管道写入数据:
BOOL WriteFile(
HANDLE hFile,//句柄，同上
LPCVOID lpBuffer,//指定待写入的数据
DWORD nNumberOfBytesToWrite,//写入的数据量
LPDWORD lpNumberOfBytesWritten,//实际要写的数据量
LPOVERLAPPED lpOverlapped//一般置为NULL
);

为实现父子进程间的通信，需要对子进程的管道进行重定向：
我们知道创建子进程函数 CreateProcess中有一个参数STARUIINFO,默认情况下子进程的输入输出管道是标准输入输出流，可以通过下面的方法实现管道重定向：
STARTUPINFO si;
si.hStdInput = hPipeInputRead; //输入由标准输入 -> 从管道中读取
si.hStdOutput = hPipeOutputWrite; //输出由标准输出 -> 输出到管道

命名管道：
服务端代码流程：
1.创建命名管道：
HANDLE WINAPI CreateNamedPipe(
LPCTSTR lpName,//管道名
DWORD dwOpenMode,//管道打开方式
DWORD nMaxInstances,//表示该管道所能够创建的最大实例数量。
DWORD nOutBufferSize,//表示管道的输出缓冲区容量，为0表示使用默认大小。
DWORD nInBufferSize,//表示管道的输入缓冲区容量，为0表示使用默认大小。
DWORD nDefaultTimeOut,//表示管道的默认等待超时。
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes//表示管道的安全属性。
);
2.创建完成后等待连接：
BOOL WINAPI ConnectNamedPipe(
HANDLE hNamedPipe,//命名管道句柄
LPOVERLAPPED lpOverlapped//一般为NULL
);
3.读取客户端请求数据：ReadFile
4.向客户端回复数据：WriteFile
5.关闭链接：
BOOL WINAPI DisconnectNamedPipe(
HANDLE hNamedPipe
);
6.关闭管道：CloseHandle

客户端代码流程：
1 打开命名管道：
HANDLE WINAPI CreateFile(
LPCTSTR lpFileName,
DWORD dwDesiredAccess,
DWORD dwShareMode,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes,
DWORD dwCreationDisposition,
DWORD dwFlagsAndAttributes,
HANDLE hTemplateFile
);
2 等待服务端相应：
BOOL WINAPI WaitNamedPipe(
LPCTSTR lpNamedPipeName,//命名管道名称
DWORD nTimeOut//等待时长
);
3 切换管道为读模式：
BOOL WINAPI SetNamedPipeHandleState(
HANDLE hNamedPipe,
LPDWORD lpMode,
LPDWORD lpMaxCollectionCount,
LPDWORD lpCollectDataTimeout
);
4 向服务端发送数据：WriteFile
5 读取服务端数据：ReadFile
6 关闭管道：CloseHandle

下面讲解一下常用的WaitForSingleObject 和WaitForMultipleObjects函数。
DWORD WaitForSingleObject函数：
DWORD WaitForSingleObject(
HANDLE hObject,
DWORD dwMilliseconds
);
第一个参数hObject标识一个能够支持被通知/未通知的内核对象（前面列出的任何一种对象都适用）。
第二个参数dwMilliseconds允许该线程指明，为了等待该对象变为已通知状态，它将等待多长时间。（INFINITE为无限时间量，INFINITE已经定义为0xFFFFFFFF（或-1））
可以通过下面的代码理解：

DWORD dw = WaitForSingleObject(hProcess, 5000); //等待一个进程结束
switch (dw)
{
case WAIT_OBJECT_0:
// hProcess所代表的进程在5秒内结束
break;
case WAIT_TIMEOUT:
// 等待时间超过5秒
break;
case WAIT_FAILED:
// 函数调用失败，比如传递了一个无效的句柄
break;
}

还可以使用WaitForMulitpleObjects函数来等待多个内核对象变为已通知状态：
DWORD WaitForMultipleObjects(
DWORD dwCount, //等待的内核对象个数
CONST HANDLE* phObjects, //一个存放被等待的内核对象句柄的数组
BOOL bWaitAll, //是否等到所有内核对象为已通知状态后才返回
DWORD dwMilliseconds//等待时间
);

该函数的第一个参数指明等待的内核对象的个数，可以是0到MAXIMUM_WAIT_OBJECTS（64）中的一个值。phObjects参数是一个存放等待的内核对象句柄的数组。bWaitAll参数如果为TRUE，则只有当等待的所有内核对象为已通知状态时函数才返回，如果为FALSE，则只要一个内核对象为已通知状态，则该函数返回。第四个参数和WaitForSingleObject中的dwMilliseconds参数类似。
　　该函数失败，返回WAIT_FAILED；如果超时，返回WAIT_TIMEOUT；如果bWaitAll参数为TRUE，函数成功则返回WAIT_OBJECT_0，如果bWaitAll为FALSE，函数成功则返回值指明是哪个内核对象收到通知。
　　可以如下使用该函数：

HANDLE h[3]; //句柄数组
//三个进程句柄
h[0] = hProcess1;
h[1] = hProcess2;
h[2] = hProcess3;
DWORD dw = WaitForMultipleObjects(3, h, FALSE, 5000); //等待3个进程结束
switch (dw)
{
case WAIT_FAILED:
// 函数呼叫失败
break;
case WAIT_TIMEOUT:
// 超时
break;
case WAIT_OBJECT_0 + 0:
// h[0]（hProcess1）所代表的进程结束
break;
case WAIT_OBJECT_0 + 1:
// h[1]（hProcess2）所代表的进程结束
break;
case WAIT_OBJECT_0 + 2:
// h[2]（hProcess3）所代表的进程结束
break;
}