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多线程在编程中有相当重要的地位,我们在实际开发时或者找工作面试时总能遇到多线程的问题,对多线程的理解程度从一个侧面反映了程序员的编程水平。
其实C++语言本身并没有提供多线程机制(当然目前C++ 11新特性中,已经可以使用std::thread来创建线程了,因为还没有系统地了解过,所以这里不提了。),但Windows系统为我们提供了相关API,我们可以使用他们来进行多线程编程。
创建线程的API函数
HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,//SD:线程安全相关的属性,常置为NULL SIZE_T dwStackSize,//initialstacksize:新线程的初始化栈的大小,可设置为0 LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,//threadfunction:被线程执行的回调函数,也称为线程函数 LPVOID lpParameter,//threadargument:传入线程函数的参数,不需传递参数时为NULL DWORD dwCreationFlags,//creationoption:控制线程创建的标志 LPDWORD lpThreadId//threadidentifier:传出参数,用于获得线程ID,如果为NULL则不返回线程ID ) /* lpThreadAttributes:指向SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针,决定返回的句柄是否可被子进程继承,如果为NULL则表示返回的句柄不能被子进程继承。 dwStackSize:设置初始栈的大小,以字节为单位,如果为0,那么默认将使用与调用该函数的线程相同的栈空间大小。 任何情况下,Windows根据需要动态延长堆栈的大小。 lpStartAddress:指向线程函数的指针,函数名称没有限制,但是必须以下列形式声明: DWORD WINAPI 函数名 (LPVOID lpParam) ,格式不正确将无法调用成功。 lpParameter:向线程函数传递的参数,是一个指向结构的指针,不需传递参数时,为NULL。 dwCreationFlags:控制线程创建的标志,可取值如下: (1)CREATE_SUSPENDED(0x00000004):创建一个挂起的线程(就绪状态),直到线程被唤醒时才调用 (2)0:表示创建后立即激活。 (3)STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION(0x00010000):dwStackSize参数指定初始的保留堆栈的大小, 如果STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION标志未指定,dwStackSize将会设为系统预留的值 lpThreadId:保存新线程的id 返回值:函数成功,返回线程句柄,否则返回NULL。如果线程创建失败,可通过GetLastError函数获得错误信息。 */ BOOL WINAPI CloseHandle(HANDLE hObject); //关闭一个被打开的对象句柄 /*可用这个函数关闭创建的线程句柄,如果函数执行成功则返回true(非0),如果失败则返回false(0), 如果执行失败可调用GetLastError.函数获得错误信息。 */
多线程编程实例1:
1 #include <iostream> 2 #include <windows.h> 3 using namespace std; 4 5 DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter) 6 { 7 for (int i = 0; i < 10; i++) 8 cout << "A Thread Fun Display!" << endl; 9 return 0L; 10 } 11 12 int main() 13 { 14 HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL); 15 CloseHandle(hThread); 16 for (int i = 0; i < 10; i++) 17 cout << "Main Thread Display!" << endl; 18 return 0; 19 }
运行结果:
可以看到主线程(main函数)和我们自己的线程(Fun函数)是随机交替执行的。可以看到Fun函数其实只运行了六次,这是因为主线程运行完之后将所占资源都释放掉了,使得子线程还没有运行完。看来主线程执行得有点快,让它sleep一下吧。
使用函数Sleep来暂停线程的执行。
1 VOID WINAPI Sleep( 2 __in DWORD dwMilliseconds 3 );
dwMilliseconds表示千分之一秒,所以 Sleep(1000); 表示暂停1秒。
多线程编程实例2:
1 #include <iostream> 2 #include <windows.h> 3 using namespace std; 4 5 DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter) 6 { 7 for (int i = 0; i < 10; i++) 8 { 9 cout << "A Thread Fun Display!" << endl; 10 Sleep(200); 11 } 12 13 return 0L; 14 } 15 16 int main() 17 { 18 HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL); 19 CloseHandle(hThread); 20 for (int i = 0; i < 10; i++) 21 { 22 cout << "Main Thread Display!" << endl; 23 Sleep(500); 24 } 25 26 return 0; 27 }
运行结果:
程序是每当Fun函数和main函数输出内容后就会输出换行,但是我们看到的确是有的时候程序输出换行了,有的时候确没有输出换行,甚至有的时候是输出两个换行。这是怎么回事?下面我们把程序改一下看看。
多线程编程实例3:
1 #include <iostream> 2 #include <windows.h> 3 using namespace std; 4 5 DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter) 6 { 7 for (int i = 0; i < 10; i++) 8 { 9 //cout << "A Thread Fun Display!" << endl; 10 cout << "A Thread Fun Display!\n"; 11 Sleep(200); 12 } 13 14 return 0L; 15 } 16 17 int main() 18 { 19 HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL); 20 CloseHandle(hThread); 21 for (int i = 0; i < 10; i++) 22 { 23 //cout << "Main Thread Display!" << endl; 24 cout << "Main Thread Display!\n"; 25 Sleep(500); 26 } 27 28 return 0; 29 }
运行结果:
这时候,正如我们预期的,正确地输出了我们想要输出的内容并且格式也是正确的。在这里,我们可以把屏幕看成是一个资源,这个资源被两个线程所共用,加入当Fun函数输出了Fun Display!后,将要输出endl(也就是清空缓冲区并换行,在这里我们可以不用理解什么是缓冲区),但此时,main函数却得到了运行的机会,此时Fun函数还没有来得及输出换行(时间片用完),就把CPU让给了main函数,而这时main函数就直接在Fun Display!后输出Main Display!。
另一种情况就是“输出两个换行”,这种情况就是比如输出Main Display!并输出endl后,时间片用完,轮到子线程占用CPU,子进程上一次时间片用完时停在了Fun Display!,下一次时间片过来时,刚好开始输出endl,此时就会“输出两个换行”。
那么为什么我们把实例2改成实例3就可以正确的运行呢?原因在于,多个线程虽然是并发运行的,但是有一些操作(比如输出一整段内容)是必须一气呵成的,不允许打断的,所以我们看到实例2和实例3的运行结果是不一样的。它们之间的差异就是少了endl,而多了一个换行符\n。
那么,是不是实例2的代码我们就不可以让它正确的运行呢?答案当然是否定的,下面我就来讲一下怎样才能让实例2的代码可以正确运行。这涉及到多线程的同步问题。对于一个资源被多个线程共用会导致程序的混乱,我们的解决方法是只允许一个线程拥有对共享资源的独占,这里我们用互斥量(Mutex)来进行线程同步。
在使用互斥量进行线程同步时,会用到以下几个函数:
HANDLE WINAPI CreateMutex( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, //线程安全相关的属性,常置为NULL BOOL bInitialOwner, //创建Mutex时的当前线程是否拥有Mutex的所有权 LPCTSTR lpName //Mutex的名称 ); /* MutexAttributes:也是表示安全的结构,与CreateThread中的lpThreadAttributes功能相同,表示决定返回的句柄是否可被子进程继承,如果为NULL则表示返回的句柄不能被子进程继承。 bInitialOwner:表示创建Mutex时的当前线程是否拥有Mutex的所有权,若为TRUE则指定为当前的创建线程为Mutex对象的所有者,其它线程访问需要先ReleaseMutex lpName:Mutex的名称 */
DWORD WINAPI WaitForSingleObject( HANDLE hHandle, //要获取的锁的句柄 DWORD dwMilliseconds //超时间隔 ); /* WaitForSingleObject:等待一个指定的对象(如Mutex对象),直到该对象处于非占用的状态(如Mutex对象被释放)或超出设定的时间间隔。除此之外,还有一个与它类似的函数WaitForMultipleObjects,它的作用是等待一个或所有指定的对象,直到所有的对象处于非占用的状态,或超出设定的时间间隔。 hHandle:要等待的指定对象的句柄。 dwMilliseconds:超时的间隔,以毫秒为单位;如果dwMilliseconds为非0,则等待直到dwMilliseconds时间间隔用完或对象变为非占用的状态,如果dwMilliseconds 为INFINITE则表示无限等待,直到等待的对象处于非占用的状态。 */
BOOL WINAPI ReleaseMutex(HANDLE hMutex); //说明:释放所拥有的互斥量锁对象,hMutex为释放的互斥量句柄
多线程实例4:
1 #include <iostream> 2 #include <windows.h> 3 using namespace std; 4 5 HANDLE hMutex = NULL;//互斥量 6 //线程函数 7 DWORD WINAPI Fun(LPVOID lpParamter) 8 { 9 for (int i = 0; i < 10; i++) 10 { 11 //请求一个互斥量锁 12 WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE); 13 cout << "A Thread Fun Display!" << endl; 14 Sleep(100); 15 //释放互斥量锁 16 ReleaseMutex(hMutex); 17 } 18 return 0L;//表示返回的是long型的0 19 20 } 21 22 int main() 23 { 24 //创建一个子线程 25 HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Fun, NULL, 0, NULL); 26 hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE,"screen"); 27 //关闭线程 28 CloseHandle(hThread); 29 //主线程的执行路径 30 for (int i = 0; i < 10; i++) 31 { 32 //请求获得一个互斥量锁 33 WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE); 34 cout << "Main Thread Display!" << endl; 35 Sleep(100); 36 //释放互斥量锁 37 ReleaseMutex(hMutex); 38 } 39 return 0; 40 }
运行结果: