Win32和c++11多线程

Win32和c++11多线程

一、概念

进程要想执行任务,必须得有线程,线程是进程的基本执行单元,一个进程的所有任务都在线程中执行。

1.线程的特点

线程内核对象

image-20240605145804417

线程控制块

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线程是独立调度和分派的基本单位

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共享进程的资源

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2.线程的上下文切换

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引起上下文切换的原因

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3.线程的状态

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二、Windows多线程API

头文件#include<Windows.h>

1.CreateThread创建线程

image-20240605152131609

image-20240516142623087

参数说明:

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image-20240516142905778

image-20240516142916364

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image-20240605153448758

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线程的句柄是一块地址,线程ID可以用GetCurrentThreadId()函数获得。

2.获取线程ID

image-20240605153821261

3.关闭线程句柄

image-20240605154021018

关闭句柄后线程还会继续执行。

image-20240605154117019

4.挂起线程

  • image-20240516160333721

5.恢复线程

  • image-20240516160345244

6.休眠线程的执行

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image-20240516160456113

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7.WaitForSingleObject

等待一个内核对象变为已通知状态。这个函数常用于线程同步,确保一个线程在继续执行之前等待某个事件(如线程结束、互斥体释放、信号量达到等)。

image-20240516161052721

image-20240605154827878

未通知状态:该句柄关联的线程未结束,仍在执行。

已通知状态:该句柄关联的线程执行结束。

参数:

  • hHandle:等待的对象的句柄。这个句柄可以是各种同步对象,如事件、互斥体、信号量、进程或线程。
  • dwMilliseconds:超时时间,以毫秒为单位。如果设置为 INFINITE,表示无限等待,直到对象进入信号状态。

返回值:

WaitForSingleObject 返回一个 DWORD 值,表示函数的结果。常见的返回值包括:

  • WAIT_OBJECT_0:指定的对象已进入信号状态。
  • WAIT_TIMEOUT:等待超时,指定的对象在超时时间内未进入信号状态。
  • WAIT_FAILED:函数调用失败。可以通过调用 GetLastError 函数获取扩展错误信息。

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image-20240516165851008

8.终止线程

image-20240605160913185

image-20240605160954068

image-20240605161127385

9.获取线程结束码

image-20240605161229123

image-20240605161524581

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10.WaitForMultipleObjects

image-20240605162649735

参数说明:

image-20240605162711186

image-20240605162742271

image-20240605164709416

image-20240605164737174

image-20240605164834379

image-20240605164940970

11._beginthread和_endthread

CreateThread不安全

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image-20240605174419176

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_beginthread

image-20240605174503773

参数说明:

image-20240605174520555

返回值:

image-20240605174532687

image-20240605174623102

_endthread

image-20240605174725854

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三、多线程模拟火车站售票

1.介绍

image-20240605174832615

2.实现

image-20240605180907553

3.为什么会出现卖出了第0张票?

image-20240605181106184

四、多线程之间的同步和互斥

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1.临界区

image-20240605181421442

临界区结构对象

image-20240605182407927

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初始化临界区

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进入和离开临界区

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image-20240605184010452

如果这样加锁,那么只要有一个线程进入临界区,除非所有票卖完,否则不会释放临界区。

image-20240605184058320

如果这样加锁,又会出现卖出第0张票的情况。

image-20240605184227886

最后这种情况,修改代码,在进入临界区后再次判断,可以避免上述情况。

尝试进入临界区

image-20240605182543787

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区别

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删除临界区

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2.线程死锁

死锁产生的必要条件

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3.信号量

临界区与信号量对比

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  • 临界区

    • 用于保护共享资源的代码块,确保在同一时间只有一个线程能够执行该代码块。

    • 通常用于同一进程内的线程同步

  • 信号量

    • 是一种更通用的同步机制,允许多个线程同时访问一定数量的共享资源。

    • 可以用于进程间同步(IPC)

image-20240606115744071

image-20240606115455413

image-20240606143735532

相关API

(1)创建信号量

image-20240606143849354

(2)P操作

image-20240606145923577

(3)V操作

image-20240606143907632

image-20240606153314506

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实现进程或线程只有一个实例

image-20240606150021871

虽然每个进程有自己的地址空间,但命名对象(如命名信号量、命名互斥体等)是在系统范围内共享的。这意味着即使进程有各自的地址空间,命名对象在创建时会注册在操作系统的命名空间中,其他进程可以通过同样的名字访问这些对象。

在 Windows 操作系统中,命名对象(包括信号量、互斥体、事件等)在系统命名空间中共享。也就是说,当一个进程创建一个命名信号量时,操作系统会将该信号量注册在全局命名空间中。其他进程如果尝试创建或打开同名的信号量,就可以访问到这个信号量。

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4.互斥量mutex

image-20240606154006810

相关API

(1)创建互斥量

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bInitialOwner:指定调用线程是否在互斥对象的初始状态下获得所有权。如果这个值为 TRUE,调用线程在互斥对象创建成功后立即获得所有权;否则,互斥对象的初始状态为非信号状态。

(2)获得互斥量

image-20240606154520926

(3)释放互斥量

image-20240606154503036

示例

image-20240606160347987

利用互斥量实现进程只有一个实例

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5.事件Event

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有信号状态和无信号状态

在 Windows 操作系统中,事件对象用于线程同步,其状态可以是“有信号”(signaled)或“无信号”(nonsignaled)。这两种状态用于控制线程的执行,具体如下:

  • 当事件对象处于有信号状态时,所有等待该事件的线程都将被解除阻塞,并继续执行。这意味着事件发生了,等待的线程可以继续进行它们的工作。
  • 当事件对象处于无信号状态时,所有等待该事件的线程都将被阻塞,直到事件对象的状态变为有信号。这意味着事件尚未发生,等待的线程需要等待,直到事件发生。

事件对象可以分为两种类型:自动重置事件(auto-reset event)和手动重置事件(manual-reset event)。这两种类型的事件对象在状态变更和重置机制上有所不同。

  • 当事件对象处于有信号状态时,等待的线程将被解除阻塞,然后事件对象自动重置为无信号状态。如果有多个线程在等待事件,只有一个线程会被解除阻塞。
  • 当事件对象处于有信号状态时,所有等待的线程将被解除阻塞,并且事件对象保持有信号状态,直到显式调用 ResetEvent 函数将其状态重置为无信号状态。

相关API

(1)创建事件

image-20240606160515420

image-20240606160613597

image-20240606161644280

(2)把指定的事件对象设置为有信号状态

image-20240606161928805

(3)把指定的事件对象设置为无信号状态

image-20240606161939112

(4)等待事件对象的句柄

image-20240606162036761

自动重置事件

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image-20240606172030196

手动重置事件

image-20240606172214513

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实现进程只有一个实例

image-20240606162907008

6.PV操作

image-20240606163338590

image-20240606163359361

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生产者消费者问题

image-20240606173853045

image-20240606183820827

image-20240606183350204

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7.总结

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五、线程本地存储

image-20240606183924354

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1.静态TLS

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2.动态TLS

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六、多线程间的消息通讯

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示例:一个线程向另一个线程发送消息

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使用PeekMessage写法如下:
在这里插入图片描述

七、C++11多线程

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