Windows多线程编程及常见问题

提要：

• Windows 多线程Helloworld


• 以Windows代码为例，分析多线程编程中易出现的问题

Windows多线程的Helloworld:

　　笔者写过Java多线程的程序（实现Runnable接口，利用Thread类执行），也写过Linux多线程程序（利用pthread）。最近由于另有需要使用Windows多线程，由于Windows
API历来难用，特此记录，以作备忘。

　　Helloworld源代码如下：

 1 #include <stdio.h>

 2 #include <windows.h>

 3

 4 #define THREAD_SUM 10

 5 int tmp;

 6 int sum;

 7

 8 DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID para){

 9     int i;

10     for(i= 0;i<10000;i++)

11         //InterlockedExchangeAdd(&tmp,1);

12         tmp++;

13     printf("%d ",(int)para);

14     sum+=(int)para;

15     return 0;

16 }

17

18 int main(){

19     HANDLE hThread[THREAD_SUM];

20     DWORD id;

21     int i ;

22     for(i= 0;i<THREAD_SUM;i++){

23         hThread[i] = CreateThread(NULL,0,ThreadProc, i,0,&id);

24     //    printf("%d ", id);

25     }

26     for(i=0;i<THREAD_SUM;i++){

27         WaitForSingleObject(hThread[i],INFINITE);

28     }

29     printf("\n%d\n%d", tmp, sum);

30     return 0;

31 }

　　重点API CreateThread 函数原型如下：

HANDLE CreateThread( //返回线程的句柄

　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, //线程参数，常置为NULL

　SIZE_T dwStackSize , //初始线程栈大小，可置为0，系统将自行调整

　LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, //线程函数

　LPVOID lpParameter, //传递给线程函数的参数

　DWORD dwCreationFlags,//创建线程标志，可置为NULL

　LPDWORD lpThreadId //线程号

);

　　（顺便说下，Windows API
使用匈牙利命名法，即变量名=属性+类型+对象描述，如H代表handle，L代表long，P代表Pointer）

　　说明：

　　1）其中前两个参数常置为0。

　　2）第四个参数为传递给线程的参数，通常为结构体指针，以传递更多的参数。但注意指针指向的内存通常指向的数据不应为局部变量（栈空间变化导致数据异常）。

　　　此参数也可做为DWORD（双字）型数据传递32位整数数据（本文代码用来传递一个int型数据）

　　3）线程号为返回参数，也可置为NULL。

　　4）第三个参数即为线程函数，原型如下：　

　DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID para)

　　常见问题分析：

　　1、如何等待线程。主线程通常需要在各个线程运行结束之后进行一些汇总工作。可以使用WaitForSingleObject(hThread[i],INFINITE)函数等待单个线程结束（类似Linux多线程中的pthread_join）。第一个参数为线程句柄，第二个参数为等待时间（单位毫秒，INFINITE表示一直等待，直到线程结束）。可将代码中WaitForSingleObject这一段注释掉运行，可以发现打印行数减少（甚至可能不输出），且每次数量不同。原理在于主线程结束后进程结束，各个未执行完的线程直接结束。

　　2、全局变量共享。代码中各个线程共享全局变量tmp和sum。由于线程执行过程中可能在任意位置中断，因此在线程中更改全局变量的值必须考虑互斥问题。直接进行变量值更新，即如代码中所示。会出现数据异常。本段代码表现为tmp值小于10000*10。对于sum由于更新次数少，线程数也少，数据出现问题几率较小。解决这一问题，可以使用信号量，或者进行加锁等，这里调用InterlockedExchangeAdd，也可以满足要求。该函数可以实现对指定地址的互斥操作。将此段代码注释取消，tmp++代码注释掉，可以发出结果正常。注意此处使用volatile关键字修饰tmp不能解决问题，volatile本身只保证每次使用数据时将从内存读入，忽略寄存器优化，这里仍可存在内在到寄存器存取指令间的中断，从而影响结果。但volatile可用于如下情况：线程中存在循环while(flag)，其他线程修改flag标志，使循环结束。

　　3、代码运行中还可以发现一个问题，即各个线程printf("%d
",(int)para)结果异常，正常情况下应该输出结果为0~9的乱序，其中互不重复，但实际上，输出结果可能如下：0 0 1 3 3 4 3 4 6 7 2 5
5 8
9（随意截取一次结果）。输出中存在重复项。起初分析以为传递参数时受编译器优化导致传递参数出现问题。但分析汇编可以排除这种可能。细心观察可以发现输出结果数也大于10，可以想到问题出现在printf上。于是忽然想到printf的不可重入。所谓函数不可重入，通常指函数执行过程中不可以发生中断而执行其他的相同函数。这种情况通常由于函数存在全局或者静态变量引用，printf中即存在对stdout的引用。重入导致输出混乱。这里可以观察到sum结果为仍为45（这个结果也可能因为共享全局变量问题发生错误，但本例中更新次数较少，这种情况发生几率很低，也可以用InterlockedExchangeAdd彻底杜绝这种情况的发生），说明参数传递是正确的。

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