在進(jìn)行多線程編程時，難免還要碰到兩個問題，那就線程間的互斥與同步：
線程同步是指線程之間所具有的一種制約關(guān)系，一個線程的執(zhí)行依賴另一個線程的消息，當(dāng)它沒有得到另一個線程的消息時應(yīng)等待，直到消息到達(dá)時才被喚醒。
線程互斥是指對于共享的進(jìn)程系統(tǒng)資源，在各單個線程訪問時的排它性。當(dāng)有若干個線程都要使用某一共享資源時，任何時刻最多只允許一個線程去使用，其它要使用該資源的線程必須等待，直到占用資源者釋放該資源。線程互斥可以看成是一種特殊的線程同步（下文統(tǒng)稱為同步）。
線程間的同步方法大體可分為兩類：用戶模式和內(nèi)核模式。顧名思義，內(nèi)核模式就是指利用系統(tǒng)內(nèi)核對象的單一性來進(jìn)行同步，使用時需要切換內(nèi)核態(tài)與用戶態(tài)，而用戶模式就是不需要切換到內(nèi)核態(tài)，只在用戶態(tài)完成操作。
用戶模式下的方法有：原子操作（例如一個單一的全局變量），臨界區(qū)。內(nèi)核模式下的方法有：事件，信號量，互斥量。
下面我們來分別看一下這些方法：
原子操作（全局變量）：
#include "stdafx.h"
#include "windows.h"
#include "stdio.h"
volatile int ThreadData = 1;
void ThreadProcess()
{
for(int i=0; i<6; i++)
{
Sleep(1000);
printf("Sub Thread Tick %5d!\n",(i+1)*1000);
}
ThreadData = 0;
printf("Exit Sub Thread!\n");
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;
hThread=CreateThread(NULL,
0,
(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadProcess,
NULL,
0,
&ThreadID);
while (ThreadData)
{
printf("Main Thread is waiting for Sub Thread!\n");
Sleep(600);
}
printf("Main Thread Finished! \n");
system("pause");
return 0;
} 在上面的程序中，我利用了全局變量ThreadData來進(jìn)行線程間的同步，當(dāng)子線程結(jié)束時改變該值，而父線程則循環(huán)判斷該值來確認(rèn)子線程是否已經(jīng)結(jié)束，當(dāng)子線程結(jié)束時，父線程才繼續(xù)進(jìn)行下面的操作。
臨界區(qū)（Critical Section）
保證在某一時刻只有一個線程能訪問數(shù)據(jù)的簡便辦法。在任意時刻只允許一個線程對共享資源進(jìn)行訪問。如果有多個線程試圖同時訪問臨界區(qū)，那么在有一個線程進(jìn)入后其他所有試圖訪問此臨界區(qū)的線程將被掛起，并一直持續(xù)到進(jìn)入臨界區(qū)的線程離開。臨界區(qū)在被釋放后，其他線程可以繼續(xù)搶占，并以此達(dá)到用原子方式操作共享資源的目的。
臨界區(qū)包含兩個操作原語：
EnterCriticalSection（） 進(jìn)入臨界區(qū)
LeaveCriticalSection（） 離開臨界區(qū)
EnterCriticalSection（）語句執(zhí)行后代碼將進(jìn)入臨界區(qū)以后無論發(fā)生什么，必須確保與之匹配的LeaveCriticalSection（）都能夠被執(zhí)行到。否則臨界區(qū)保護(hù)的共享資源將永遠(yuǎn)不會被釋放。雖然臨界區(qū)同步速度很快，但卻只能用來同步本進(jìn)程內(nèi)的線程，而不可用來同步多個進(jìn)程中的線程。
事件（Event）
事件對象也可以通過通知操作的方式來保持線程的同步。并且可以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程中的線程同步操作。
信號量包含的幾個操作原語：
CreateEvent（） 創(chuàng)建一個信號量
OpenEvent（） 打開一個事件
SetEvent（） 回置事件
WaitForSingleObject（） 等待一個事件
WaitForMultipleObjects（） 等待多個事件
WaitForMultipleObjects 函數(shù)原型：
WaitForMultipleObjects（
IN DWORD nCount, // 等待句柄數(shù)
IN CONST HANDLE *lpHandles, //指向句柄數(shù)組
IN BOOL bWaitAll, //是否完全等待標(biāo)志
IN DWORD dwMilliseconds //等待時間
?。?
參數(shù)nCount指定了要等待的內(nèi)核對象的數(shù)目，存放這些內(nèi)核對象的數(shù)組由lpHandles來指向。fWaitAll對指定的這nCount個內(nèi)核對象的兩種等待方式進(jìn)行了指定，為TRUE時當(dāng)所有對象都被通知時函數(shù)才會返回，為FALSE則只要其中任何一個得到通知就可以返回。dwMilliseconds在這里的作用與在WaitForSingleObject（）中的作用是完全一致的。如果等待超時，函數(shù)將返回WAIT_TIMEOUT。
事件可以實(shí)現(xiàn)不同進(jìn)程中的線程同步操作，并且可以方便的實(shí)現(xiàn)多個線程的優(yōu)先比較等待操作，例如寫多個WaitForSingleObject來代替WaitForMultipleObjects從而使編程更加靈活。
互斥量（Mutex）
互斥量跟臨界區(qū)很相似，只有擁有互斥對象的線程才具有訪問資源的權(quán)限，由于互斥對象只有一個，因此就決定了任何情況下此共享資源都不會同時被多個線程所訪問。當(dāng)前占據(jù)資源的線程在任務(wù)處理完后應(yīng)將擁有的互斥對象交出，以便其他線程在獲得后得以訪問資源?；コ饬勘扰R界區(qū)復(fù)雜。因?yàn)槭褂没コ獠粌H僅能夠在同一應(yīng)用程序不同線程中實(shí)現(xiàn)資源的安全共享，而且可以在不同應(yīng)用程序的線程之間實(shí)現(xiàn)對資源的安全共享。
互斥量包含的幾個操作原語：
CreateMutex（） 創(chuàng)建一個互斥量
OpenMutex（） 打開一個互斥量
ReleaseMutex（） 釋放互斥量
WaitForMultipleObjects（） 等待互斥量對象
信號量（Semaphores）
信號量對象對線程的同步方式與前面幾種方法不同，信號允許多個線程同時使用共享資源，這與操作系統(tǒng)中的PV操作相同。它指出了同時訪問共享資源的線程最大數(shù)目。它允許多個線程在同一時刻訪問同一資源，但是需要限制在同一時刻訪問此資源的最大線程數(shù)目。在用CreateSemaphore（）創(chuàng)建信號量時即要同時指出允許的最大資源計(jì)數(shù)和當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)。一般是將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)設(shè)置為最大資源計(jì)數(shù)，每增加一個線程對共享資源的訪問，當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)就會減1，只要當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)是大于0的，就可以發(fā)出信號量信號。但是當(dāng)前可用計(jì)數(shù)減小到0時則說明當(dāng)前占用資源的線程數(shù)已經(jīng)達(dá)到了所允許的最大數(shù)目，不能在允許其他線程的進(jìn)入，此時的信號量信號將無法發(fā)出。線程在處理完共享資源后，應(yīng)在離開的同時通過ReleaseSemaphore（）函數(shù)將當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)加1。在任何時候當(dāng)前可用資源計(jì)數(shù)決不可能大于最大資源計(jì)數(shù)。
PV操作及信號量的概念都是由荷蘭科學(xué)家E.W.Dijkstra提出的。信號量S是一個整數(shù)，S大于等于零時代表可供并發(fā)進(jìn)程使用的資源實(shí)體數(shù)，但S小于零時則表示正在等待使用共享資源的進(jìn)程數(shù)。
P操作申請資源：
?。?）S減1；
?。?）若S減1后仍大于等于零，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；
?。?）若S減1后小于零，則該進(jìn)程被阻塞后進(jìn)入與該信號相對應(yīng)的隊(duì)列中，然后轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。
V操作釋放資源：
?。?）S加1；
（2）若相加結(jié)果大于零，則進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行；
（3）若相加結(jié)果小于等于零，則從該信號的等待隊(duì)列中喚醒一個等待進(jìn)程，然后再返回原進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行或轉(zhuǎn)入進(jìn)程調(diào)度。
信號量包含的幾個操作原語：
CreateSemaphore（） 創(chuàng)建一個信號量
OpenSemaphore（） 打開一個信號量
ReleaseSemaphore（） 釋放信號量
WaitForSingleObject（） 等待信號量
信號量的使用特點(diǎn)使其更適用于對Socket（套接字）程序中線程的同步。例如，網(wǎng)絡(luò)上的HTTP服務(wù)器要對同一時間內(nèi)訪問同一頁面的用戶數(shù)加以限制，這時可以為每一個用戶對服務(wù)器的頁面請求設(shè)置一個線程，而頁面則是待保護(hù)的共享資源，通過使用信號量對線程的同步作用可以確保在任一時刻無論有多少用戶對某一頁面進(jìn)行訪問，只有不大于設(shè)定的最大用戶數(shù)目的線程能夠進(jìn)行訪問，而其他的訪問企圖則被掛起，只有在有用戶退出對此頁面的訪問后才有可能進(jìn)入。
因?yàn)樗鼈兊氖褂梅椒ǘ己茴愃疲旅嫖医Y(jié)合起來給出一個簡單的示例：
#include "stdafx.h"
#include "windows.h"
#include "stdio.h"
volatile int ThreadData = 1;
CRITICAL_SECTION csPrint; // 臨界區(qū)
//HANDLE evtPrint; // 事件信號,標(biāo)記事件是否已發(fā)生
//HANDLE mtxPrint; // 互斥信號,如有信號表明已經(jīng)有線程進(jìn)入臨界區(qū)并擁有此信號
//HANDLE smphPrint; // 信號量,表示是否已經(jīng)達(dá)到允許的最大線程數(shù)
void Print(char *str)
{
EnterCriticalSection(&csPrint); // 進(jìn)入臨界區(qū)
//WaitForSingleObject(evtPrint, INFINITE); // 等待事件有信號
//WaitForSingleObject(mtxPrint, INFINITE); // 等待互斥量空置（沒有線程擁有它）
//WaitForSingleObject(smphPrint, INFINITE); // 等待對共享資源請求被通過 等于 P操作
for (;*str != '\0';str++)
{
Sleep(50);
printf("%c",*str);
}
printf("\n");
LeaveCriticalSection(&csPrint); // 退出臨界區(qū)
//SetEvent(evtPrint); // 把事件信號量恢復(fù),變?yōu)橛行盘?br> //ReleaseMutex(mtxPrint); // 釋放對互斥量的占有
//ReleaseSemaphore(smphPrint, 1, NULL); // 釋放共享資源 等于 V操作
}
void ThreadProcess()
{
for(int i=0; i<6; i++)
{
Sleep(1000);
Print("Sub Thread is running!");
}
ThreadData = 0;
}
int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
{
HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;
InitializeCriticalSection(&csPrint); // 初始化臨界區(qū)
//evtPrint = CreateEvent(NULL, FALSE, TRUE, L"PrintEvent"); // 初始化事件
//mtxPrint = CreateMutex(NULL, FALSE, L"PrintMutex"); // 初始化互斥量
//smphPrint= CreateSemaphore(NULL, 1, 1, L"PrintSemaphore"); // 設(shè)置信號量1個資源,因此同時只可以有一個線程訪問
hThread=CreateThread(NULL,
0,
(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadProcess,
NULL,
0,
&ThreadID);
while (ThreadData)
{
Print("Main Thread is waiting for Sub Thread!");
Sleep(600);
}
printf("Main Thread Finished!");
system("pause");
return 0;
}
綜上所述：當(dāng)在同一進(jìn)程中的多線程同步時，臨界區(qū)是效率最最高，基本不需要什么開銷。而內(nèi)核對象由于要進(jìn)行用戶態(tài)和內(nèi)核態(tài)的切換，開銷較大，但是內(nèi)核對象由于可以命名，因此它們同時可以用于進(jìn)程間的同步。另外，值得一提的是，信號量可以設(shè)置允許訪問資源的線程或進(jìn)程個數(shù)，而不僅僅是只允許單個線程或進(jìn)程訪問資源。