C++ 如何實現(xiàn)多線程與線程同步
更新時間：2021年06月23日 14:57:02 作者：lyshark
多線程中的線程同步可以使用，CreateThread，CreateMutex 互斥鎖實現(xiàn)線程同步，通過臨界區(qū)實現(xiàn)線程同步，Semaphore 基于信號實現(xiàn)線程同步，CreateEvent 事件對象的同步，以及線程函數(shù)傳遞單一參數(shù)與多個參數(shù)的實現(xiàn)方式。
CreateThread 實現(xiàn)多線程:
先來創(chuàng)建一個簡單的多線程實例，無參數(shù)傳遞版，運行實例會發(fā)現(xiàn)，主線程與子線程運行無規(guī)律。
#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
DWORD WINAPI Func(LPVOID lpParamter)
{
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
cout << "thread function" << endl;
Sleep(200);
}
return 0;
}
int main(int argc,char * argv[])
{
HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Func, NULL, 0, NULL);
CloseHandle(hThread);
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
cout << "main thread" << endl;
Sleep(400);
}
system("pause");
return 0;
}
beginthreadex 實現(xiàn)多線程：
這個方法與前面的CreateThread使用完全一致，只是在參數(shù)上面應(yīng)使用void *該參數(shù)可以強轉(zhuǎn)為任意類型，兩者實現(xiàn)效果完全一致。
#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <process.h>
using namespace std;
unsigned WINAPI Func(void *arg)
{
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
cout << "thread function" << endl;
Sleep(200);
}
return 0;
}
int main(int argc, char * argv[])
{
HANDLE hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Func, NULL, 0, NULL);
CloseHandle(hThread);
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
cout << "main thread" << endl;
Sleep(400);
}
system("pause");
return 0;
}
CreateMutex 互斥鎖實現(xiàn)線程同步:
使用互斥鎖可以實現(xiàn)單位時間內(nèi)，只允許一個線程擁有對共享資源的獨占，從而實現(xiàn)了互不沖突的線程同步。
#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
HANDLE hMutex = NULL; // 創(chuàng)建互斥鎖
// 線程函數(shù)
DWORD WINAPI Func(LPVOID lpParamter)
{
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
// 請求獲得一個互斥鎖
WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
cout << "thread func" << endl;
// 釋放互斥鎖
ReleaseMutex(hMutex);
}
return 0;
}
int main(int argc,char * argv[])
{
HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Func, NULL, 0, NULL);
hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "lyshark");
CloseHandle(hThread);
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
// 請求獲得一個互斥鎖
WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
cout << "main thread" << endl;
// 釋放互斥鎖
ReleaseMutex(hMutex);
}
system("pause");
return 0;
}
通過互斥鎖，同步執(zhí)行兩個線程函數(shù)。
#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
HANDLE hMutex = NULL; // 創(chuàng)建互斥鎖
#define NUM_THREAD 50
// 線程函數(shù)1
DWORD WINAPI FuncA(LPVOID lpParamter)
{
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
// 請求獲得一個互斥鎖
WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
cout << "this is thread func A" << endl;
// 釋放互斥鎖
ReleaseMutex(hMutex);
}
return 0;
}
// 線程函數(shù)2
DWORD WINAPI FuncB(LPVOID lpParamter)
{
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
// 請求獲得一個互斥鎖
WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE);
cout << "this is thread func B" << endl;
// 釋放互斥鎖
ReleaseMutex(hMutex);
}
return 0;
}
int main(int argc, char * argv[])
{
// 用來存儲線程函數(shù)的句柄
HANDLE tHandle[NUM_THREAD];
// /創(chuàng)建互斥量，此時為signaled狀態(tài)
hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "lyshark");
for (int x = 0; x < NUM_THREAD; x++)
{
if (x % 2)
{
tHandle[x] = CreateThread(NULL, 0, FuncA, NULL, 0, NULL);
}
else
{
tHandle[x] = CreateThread(NULL, 0, FuncB, NULL, 0, NULL);
}
}
// 等待所有線程函數(shù)執(zhí)行完畢
WaitForMultipleObjects(NUM_THREAD, tHandle, TRUE, INFINITE);
// 銷毀互斥對象
CloseHandle(hMutex);
system("pause");
return 0;
}
通過臨界區(qū)實現(xiàn)線程同步：
臨界區(qū)與互斥鎖差不多，臨界區(qū)使用時會創(chuàng)建CRITICAL_SECTION臨界區(qū)對象，同樣相當(dāng)于一把鑰匙，線程函數(shù)執(zhí)行結(jié)束自動上交，如下是臨界區(qū)函數(shù)的定義原型。
//初始化函數(shù)原型 VOID InitializeCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection ); //銷毀函數(shù)原型 VOID DeleteCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection ); //獲取 VOID EnterCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection ); //釋放 VOID LeaveCriticalSection( LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection );
這一次我們不適用互斥體，使用臨界區(qū)實現(xiàn)線程同步，結(jié)果與互斥體完全一致，看個人喜好。
#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
CRITICAL_SECTION cs; // 全局定義臨界區(qū)對象
#define NUM_THREAD 50
// 線程函數(shù)
DWORD WINAPI FuncA(LPVOID lpParamter)
{
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
//進(jìn)入臨界區(qū)
EnterCriticalSection(&cs);
cout << "this is thread func A" << endl;
//離開臨界區(qū)
LeaveCriticalSection(&cs);
}
return 0;
}
int main(int argc, char * argv[])
{
// 用來存儲線程函數(shù)的句柄
HANDLE tHandle[NUM_THREAD];
//初始化臨界區(qū)
InitializeCriticalSection(&cs);
for (int x = 0; x < NUM_THREAD; x++)
{
tHandle[x] = CreateThread(NULL, 0, FuncA, NULL, 0, NULL);
}
// 等待所有線程函數(shù)執(zhí)行完畢
WaitForMultipleObjects(NUM_THREAD, tHandle, TRUE, INFINITE);
//釋放臨界區(qū)
DeleteCriticalSection(&cs);
system("pause");
return 0;
}
Semaphore 基于信號實現(xiàn)線程同步：
通過定義一個信號，初始化信號為0，利用信號量值為0時進(jìn)入non-signaled狀態(tài)，大于0時進(jìn)入signaled狀態(tài)的特性即可實現(xiàn)線程同步。
#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
static HANDLE SemaphoreOne;
static HANDLE SemaphoreTwo;
// 線程函數(shù)1
DWORD WINAPI FuncA(LPVOID lpParamter)
{
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
// 臨界區(qū)開始時設(shè)置 signaled 狀態(tài)
WaitForSingleObject(SemaphoreOne, INFINITE);
cout << "this is thread func A" << endl;
// 臨界區(qū)結(jié)束則設(shè)置為 non-signaled 狀態(tài)
ReleaseSemaphore(SemaphoreOne, 1, NULL);
}
return 0;
}
// 線程函數(shù)2
DWORD WINAPI FuncB(LPVOID lpParamter)
{
for (int x = 0; x < 10; x++)
{
// 臨界區(qū)開始時設(shè)置 signaled 狀態(tài)
WaitForSingleObject(SemaphoreTwo, INFINITE);
cout << "this is thread func B" << endl;
// 臨界區(qū)結(jié)束則設(shè)置為 non-signaled 狀態(tài)
ReleaseSemaphore(SemaphoreTwo, 1, NULL);
}
return 0;
}
int main(int argc, char * argv[])
{
// 用來存儲線程函數(shù)的句柄
HANDLE hThreadA, hThreadB;
// 創(chuàng)建信號量對象,并且設(shè)置為0進(jìn)入non-signaled狀態(tài)
SemaphoreOne = CreateSemaphore(NULL, 0, 1, NULL);
// 創(chuàng)建信號量對象，并且設(shè)置為1進(jìn)入signaled狀態(tài)
SemaphoreTwo = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, NULL); // 先執(zhí)行這一個線程函數(shù)
hThreadA = CreateThread(NULL, 0, FuncA, NULL,0, NULL);
hThreadB = CreateThread(NULL, 0, FuncB, NULL, 0, NULL);
// 等待兩個線程函數(shù)執(zhí)行完畢
WaitForSingleObject(hThreadA, INFINITE);
WaitForSingleObject(hThreadA, INFINITE);
// 銷毀兩個線程函數(shù)
CloseHandle(SemaphoreOne);
CloseHandle(SemaphoreTwo);
system("pause");
return 0;
}
上面的一段代碼，容易產(chǎn)生死鎖現(xiàn)象，即，線程函數(shù)B執(zhí)行完成后，A函數(shù)一直處于等待狀態(tài)。
執(zhí)行WaitForSingleObject(semTwo, INFINITE);會讓線程函數(shù)進(jìn)入類似掛起的狀態(tài)，當(dāng)接到ReleaseSemaphore(semOne, 1, NULL);才會恢復(fù)執(zhí)行。
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
static HANDLE semOne,semTwo;
static int num;
// 線程函數(shù)A用于接收參書
DWORD WINAPI ReadNumber(LPVOID lpParamter)
{
int i;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
fputs("Input Number: ", stdout);
//臨界區(qū)的開始 signaled狀態(tài)
WaitForSingleObject(semTwo, INFINITE);
scanf("%d", &num);
//臨界區(qū)的結(jié)束 non-signaled狀態(tài)
ReleaseSemaphore(semOne, 1, NULL);
}
return 0;
}
// 線程函數(shù)B: 用戶接受參數(shù)后完成計算
DWORD WINAPI Check(LPVOID lpParamter)
{
int sum = 0, i;
for (i = 0; i < 5; i++)
{
//臨界區(qū)的開始 non-signaled狀態(tài)
WaitForSingleObject(semOne, INFINITE);
sum += num;
//臨界區(qū)的結(jié)束 signaled狀態(tài)
ReleaseSemaphore(semTwo, 1, NULL);
}
printf("The Number IS: %d \n", sum);
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
HANDLE hThread1, hThread2;
//創(chuàng)建信號量對象,設(shè)置為0進(jìn)入non-signaled狀態(tài)
semOne = CreateSemaphore(NULL, 0, 1, NULL);
//創(chuàng)建信號量對象，設(shè)置為1進(jìn)入signaled狀態(tài)
semTwo = CreateSemaphore(NULL, 1, 1, NULL);
hThread1 = CreateThread(NULL, 0, ReadNumber, NULL, 0, NULL);
hThread2 = CreateThread(NULL, 0, Check, NULL, 0, NULL);
// 關(guān)閉臨界區(qū)
WaitForSingleObject(hThread1, INFINITE);
WaitForSingleObject(hThread2, INFINITE);
CloseHandle(semOne);
CloseHandle(semTwo);
system("pause");
return 0;
}
CreateEvent 事件對象的同步:
事件對象實現(xiàn)線程同步，與前面的臨界區(qū)和互斥體有很大的不同，該方法下創(chuàng)建對象時，可以在自動non-signaled狀態(tài)運行的auto-reset模式，當(dāng)我們設(shè)置好我們需要的參數(shù)時，可以直接使用SetEvent(hEvent)設(shè)置事件狀態(tài)，會自動執(zhí)行線程函數(shù)。
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <process.h>
#define STR_LEN 100
// 存儲全局字符串
static char str[STR_LEN];
// 設(shè)置事件句柄
static HANDLE hEvent;
// 統(tǒng)計字符串中是否存在A
unsigned WINAPI NumberOfA(void *arg)
{
int cnt = 0;
// 等待線程對象事件
WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE);
for (int i = 0; str[i] != 0; i++)
{
if (str[i] == 'A')
cnt++;
}
printf("Num of A: %d \n", cnt);
return 0;
}
// 統(tǒng)計字符串總長度
unsigned WINAPI NumberOfOthers(void *arg)
{
int cnt = 0;
// 等待線程對象事件
WaitForSingleObject(hEvent, INFINITE);
for (int i = 0; str[i] != 0; i++)
{
if (str[i] != 'A')
cnt++;
}
printf("Num of others: %d \n", cnt - 1);
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
HANDLE hThread1, hThread2;
// 以non-signaled創(chuàng)建manual-reset模式的事件對象
// 該對象創(chuàng)建后不會被立即執(zhí)行，只有我們設(shè)置狀態(tài)為Signaled時才會繼續(xù)
hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
hThread1 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, NumberOfA, NULL, 0, NULL);
hThread2 = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, NumberOfOthers, NULL, 0, NULL);
fputs("Input string: ", stdout);
fgets(str, STR_LEN, stdin);
// 字符串讀入完畢后，將事件句柄改為signaled狀態(tài)
SetEvent(hEvent);
WaitForSingleObject(hThread1, INFINITE);
WaitForSingleObject(hThread2, INFINITE);
//non-signaled 如果不更改，對象繼續(xù)停留在signaled
ResetEvent(hEvent);
CloseHandle(hEvent);
system("pause");
return 0;
}
線程函數(shù)傳遞單個參數(shù)：
線程函數(shù)中的定義中LPVOID允許傳遞一個參數(shù)，只需要在縣城函數(shù)中接收并強轉(zhuǎn)(int)(LPVOID)port即可。
#include <stdio.h>
#include <Windows.h>
// 線程函數(shù)接收一個參數(shù)
DWORD WINAPI ScanThread(LPVOID port)
{
// 將參數(shù)強制轉(zhuǎn)化為需要的類型
int Port = (int)(LPVOID)port;
printf("[+] 端口: %5d \n", port);
return 1;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
HANDLE handle;
for (int port = 0; port < 100; port++)
{
handle = CreateThread(NULL, 0, (LPTHREAD_START_ROUTINE)ScanThread, (LPVOID)port, 0, 0);
}
WaitForSingleObject(handle, INFINITE);
system("pause");
return 0;
}
線程函數(shù)傳遞多參數(shù)：
如果想在線程函數(shù)中傳遞多個參數(shù)，則需要傳遞一個結(jié)構(gòu)指針，通過線程函數(shù)內(nèi)部強轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)類型后，取值，這個案例花費了我一些時間，網(wǎng)上也沒找到合適的解決方法，或找到的都是歪瓜裂棗瞎轉(zhuǎn)的東西，最后還是自己研究了一下寫了一個沒為題的。
其主要是線程函數(shù)中調(diào)用的參數(shù)會與下一個線程函數(shù)結(jié)構(gòu)相沖突，解決的辦法時在每次進(jìn)入線程函數(shù)時，自己拷貝一份，每個人使用自己的那一份，才可以避免此類事件的發(fā)生，同時最好配合線程同步一起使用，如下時線程掃描器的部分代碼片段。
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
typedef struct _THREAD_PARAM
{
char *HostAddr; // 掃描主機
DWORD dwStartPort; // 端口號
}THREAD_PARAM;
// 這個掃描線程函數(shù)
DWORD WINAPI ScanThread(LPVOID lpParam)
{
// 拷貝傳遞來的掃描參數(shù)
THREAD_PARAM ScanParam = { 0 };
// 這一步很重要，如不拷貝，則會發(fā)生重復(fù)賦值現(xiàn)象，導(dǎo)致掃描端口一直都是一個。
// 坑死人的玩意，一開始我始終沒有發(fā)現(xiàn)這個問題。sb玩意??！
MoveMemory(&ScanParam, lpParam, sizeof(THREAD_PARAM));
printf("地址: %-16s --> 端口: %-5d 狀態(tài): [Open] \n", ScanParam.HostAddr, ScanParam.dwStartPort);
return 0;
}
int main(int argc, char *argv[])
{
THREAD_PARAM ThreadParam = { 0 };
ThreadParam.HostAddr = "192.168.1.10";
for (DWORD port = 1; port < 100; port++)
{
ThreadParam.dwStartPort = port;
HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, ScanThread, (LPVOID)&ThreadParam, 0, NULL);
WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
}
system("pause");
return 0;
}
文章出處：https://www.cnblogs.com/lyshark
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