多线程与多进程(4)

原文：http://blog.csdn.net/luoweifu/article/details/46835437

作者:luoweifu

转载请标名出处

创建线程

在Windows平台，Windows API提供了对多线程的支持。前面进程和线程的概念中我们提到，一个程序至少有一个线程，这个线程称为主线程(main thread)，如果我们不显示地创建线程，那我们产的程序就是只有主线程的间线程程序。
下面，我们看看Windows中线程相关的操作和方法：

CreateThread与CloseHandle

CreateThread用于创建一个线程，其函数原型如下：

HANDLE WINAPI CreateThread(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES   lpThreadAttributes, //线程安全相关的属性，常置为NULL
    SIZE_T                  dwStackSize,        //新线程的初始化栈在大小，可设置为0
    LPTHREAD_START_ROUTINE  lpStartAddress,     //被线程执行的回调函数，也称为线程函数
    LPVOID                  lpParameter,        //传入线程函数的参数，不需传递参数时为NULL
    DWORD                   dwCreationFlags,    //控制线程创建的标志
    LPDWORD                 lpThreadId          //传出参数，用于获得线程ID，如果为NULL则不返回线程ID
);

**说明：**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 ：线程栈的初始化大小，字节单位。系统分配这个值对

lpStartAddress：指向一个函数指针，该函数将被线程调用执行。因此该函数也被称为线程函数(ThreadProc)，是线程执行的起始地址，线程函数是一个回调函数，由操作系统在线程中调用。线程函数的原型如下：

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter);    //lpParameter是传入的参数，是一个空指针

lpParameter：传入线程函数(ThreadProc)的参数，不需传递参数时为NULL

dwCreationFlags：控制线程创建的标志，有三个类型，0：线程创建后立即执行线程；CREATE_SUSPENDED：线程创建后进入就绪状态，直到线程被唤醒时才调用；STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION：dwStackSize 参数指定线程初始化栈的大小，如果STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION标志未指定，dwStackSize将会设为系统预留的值。

返回值：如果线程创建成功，则返回这个新线程的句柄，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。

【Demo1】：创建一个最简单的线程

 1 #include "stdafx.h"
 2 #include <windows.h>
 3 #include <iostream>
 4 
 5 using namespace std;
 6 
 7 //线程函数
 8 DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter)
 9 {
10     for (int i = 0; i < 5; ++ i)
11     {
12         cout << "子线程:i = " << i << endl;
13         Sleep(100);
14     }
15     return 0L;
16 }
17 
18 int main()
19 {
20     //创建一个线程
21     HANDLE thread = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);
22     //关闭线程
23     CloseHandle(thread);
24 
25     //主线程的执行路径
26     for (int i = 0; i < 5; ++ i)
27     {
28         cout << "主线程:i = " << i << endl;
29         Sleep(100);
30     }
31 
32     return 0;
33 }

结果如下：
主线程:i = 0
子线程:i = 0
主线程:i = 1
子线程:i = 1
子线程:i = 2
主线程:i = 2
子线程:i = 3
主线程:i = 3
子线程:i = 4
主线程:i = 4

【Demo2】：在线程函数中传入参数

 1 #include "stdafx.h"
 2 #include <windows.h>
 3 #include <iostream>
 4 
 5 using namespace std;
 6 
 7 #define NAME_LINE   40
 8 
 9 //定义线程函数传入参数的结构体
10 typedef struct __THREAD_DATA
11 {
12     int nMaxNum;
13     char strThreadName[NAME_LINE];
14 
15     __THREAD_DATA() : nMaxNum(0)
16     {
17         memset(strThreadName, 0, NAME_LINE * sizeof(char));
18     }
19 }THREAD_DATA;
20 
21 
22 
23 //线程函数
24 DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter)
25 {
26     THREAD_DATA* pThreadData = (THREAD_DATA*)lpParameter;
27 
28     for (int i = 0; i < pThreadData->nMaxNum; ++ i)
29     {
30         cout << pThreadData->strThreadName << " --- " << i << endl;
31         Sleep(100);
32     }
33     return 0L;
34 }
35 
36 int main()
37 {
38     //初始化线程数据
39     THREAD_DATA threadData1, threadData2;
40     threadData1.nMaxNum = 5;
41     strcpy(threadData1.strThreadName, "线程1");
42     threadData2.nMaxNum = 10;
43     strcpy(threadData2.strThreadName, "线程2");
44 
45 //创建第一个子线程
46     HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, &threadData1, 0, NULL);
47     //创建第二个子线程
48     HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, &threadData2, 0, NULL);
49     //关闭线程
50     CloseHandle(hThread1);
51     CloseHandle(hThread2);
52 
53     //主线程的执行路径
54     for (int i = 0; i < 5; ++ i)
55     {
56         cout << "主线程 === " << i << endl;
57         Sleep(100);
58     }
59 
60     system("pause");
61     return 0;
62 }

结果：

主线程 === 线程1 — 0
0
线程2 — 0
线程1 — 1
主线程 === 1
线程2 — 1
主线程 === 2
线程1 — 2
线程2 — 2
主线程 === 3
线程2 — 3
线程1 — 3
主线程 === 4
线程2 — 4
线程1 — 4
线程2 — 5
请按任意键继续… 线程2 — 6
线程2 — 7
线程2 — 8
线程2 — 9

CreateMutex、WaitForSingleObject、ReleaseMutex

从【Demo2】中可以看出，虽然创建的子线程都正常执行起来了，但输出的结果并不是我们预期的效果。我们预期的效果是每输出一条语句后自动换行，但结果却并非都是这样。这是因为在线程执行时没有做同步处理，比如第一行的输出，主线程输出“主线程 ===”后时间片已用完，这时轮到子线程1输出，在子线程输出“线程1 —”后时间片也用完了，这时又轮到主线程执行输出“0”，之后又轮到子线程1输出“0”。于是就出现了“主线程 === 线程1 — 0 0”的结果。

主线程：cout << “主线程 === ” << i << endl;
子线程：cout << pThreadData->strThreadName << ” — ” << i << endl;

为避免出现这种情况，我们对线程做一些简单的同步处理，这里我们用互斥量(Mutex)，关于互斥量(Mutex)的概念，请看《编程思想之多线程与多进程(2)——线程优先级与线程安全》一文；更多C++线程同步的处理，请看下一节。

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
);

**说明：**lpMutexAttributes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为Mutex的名称。

DWORD WINAPI WaitForSingleObject(
    HANDLE hHandle,                             //要获取的锁的句柄
    DWORD  dwMilliseconds                           //超时间隔
);

**说明：**WaitForSingleObject的作用是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为释放的互斥量的句柄。

【Demo3】：线程同步

 1 #include "stdafx.h"
 2 #include <windows.h>
 3 #include <iostream>
 4 
 5 #define NAME_LINE   40
 6 
 7 //定义线程函数传入参数的结构体
 8 typedef struct __THREAD_DATA
 9 {
10     int nMaxNum;
11     char strThreadName[NAME_LINE];
12 
13     __THREAD_DATA() : nMaxNum(0)
14     {
15         memset(strThreadName, 0, NAME_LINE * sizeof(char));
16     }
17 }THREAD_DATA;
18 
19 HANDLE g_hMutex = NULL;     //互斥量
20 
21 //线程函数
22 DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParameter)
23 {
24     THREAD_DATA* pThreadData = (THREAD_DATA*)lpParameter;
25 
26     for (int i = 0; i < pThreadData->nMaxNum; ++ i)
27     {
28         //请求获得一个互斥量锁
29         WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);
30         cout << pThreadData->strThreadName << " --- " << i << endl;
31         Sleep(100);
32         //释放互斥量锁
33         ReleaseMutex(g_hMutex);
34     }
35     return 0L;
36 }
37 
38 int main()
39 {
40     //创建一个互斥量
41     g_hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);
42 
43     //初始化线程数据
44     THREAD_DATA threadData1, threadData2;
45     threadData1.nMaxNum = 5;
46     strcpy(threadData1.strThreadName, "线程1");
47     threadData2.nMaxNum = 10;
48     strcpy(threadData2.strThreadName, "线程2");
49 
50 
51     //创建第一个子线程
52     HANDLE hThread1 = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, &threadData1, 0, NULL);
53     //创建第二个子线程
54     HANDLE hThread2 = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, &threadData2, 0, NULL);
55     //关闭线程
56     CloseHandle(hThread1);
57     CloseHandle(hThread2);
58 
59     //主线程的执行路径
60     for (int i = 0; i < 5; ++ i)
61     {
62         //请求获得一个互斥量锁
63         WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);
64         cout << "主线程 === " << i << endl;
65         Sleep(100);
66         //释放互斥量锁
67         ReleaseMutex(g_hMutex);
68     }
69 
70     system("pause");
71     return 0;
72 }

结果：

主线程 === 0
线程1 — 0
线程2 — 0
主线程 === 1
线程1 — 1
线程2 — 1
主线程 === 2
线程1 — 2
线程2 — 2
主线程 === 3
线程1 — 3
线程2 — 3
主线程 === 4
线程1 — 4
请按任意键继续… 线程2 — 4
线程2 — 5
线程2 — 6
线程2 — 7
线程2 — 8
线程2 — 9

为进一步理解线程同步的重要性和互斥量的使用方法，我们再来看一个例子。

买火车票是大家春节回家最为关注的事情，我们就简单模拟一下火车票的售票系统(为使程序简单，我们就抽出最简单的模型进行模拟)：有500张从北京到赣州的火车票，在8个窗口同时出售，保证系统的稳定性和数据的原子性。

【Demo4】：模拟火车售票系统

SaleTickets.h :

 1 #include "stdafx.h"
 2 #include <windows.h>
 3 #include <iostream>
 4 #include <strstream> 
 5 #include <string>
 6 
 7 using namespace std;
 8 
 9 #define NAME_LINE   40
10 
11 //定义线程函数传入参数的结构体
12 typedef struct __TICKET
13 {
14     int nCount;
15     char strTicketName[NAME_LINE];
16 
17     __TICKET() : nCount(0)
18     {
19         memset(strTicketName, 0, NAME_LINE * sizeof(char));
20     }
21 }TICKET;
22 
23 typedef struct __THD_DATA
24 {
25     TICKET* pTicket;
26     char strThreadName[NAME_LINE];
27 
28     __THD_DATA() : pTicket(NULL)
29     {
30         memset(strThreadName, 0, NAME_LINE * sizeof(char));
31     }
32 }THD_DATA;
33 
34 
35  //基本类型数据转换成字符串
36 template<class T>
37 string convertToString(const T val)
38 {
39     string s;
40     std::strstream ss;
41     ss << val;
42     ss >> s;
43     return s;
44 }
45 
46 //售票程序
47 DWORD WINAPI SaleTicket(LPVOID lpParameter);

SaleTickets.cpp ：

 1 #include "stdafx.h"
 2 #include <windows.h>
 3 #include <iostream>
 4 #include "SaleTickets.h"
 5 
 6 using namespace std;
 7 
 8 extern HANDLE g_hMutex;
 9 
10 //售票程序
11 DWORD WINAPI SaleTicket(LPVOID lpParameter)
12 {
13 
14     THD_DATA* pThreadData = (THD_DATA*)lpParameter;
15     TICKET* pSaleData = pThreadData->pTicket;
16     while(pSaleData->nCount > 0)
17     {
18         //请求获得一个互斥量锁
19         WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);
20         if (pSaleData->nCount > 0)
21         {
22             cout << pThreadData->strThreadName << "出售第" << pSaleData->nCount -- << "的票,";
23             if (pSaleData->nCount >= 0) {
24                 cout << "出票成功!剩余" << pSaleData->nCount << "张票." << endl;
25             } else {
26                 cout << "出票失败！该票已售完。" << endl;
27             }
28         }
29         Sleep(10);
30         //释放互斥量锁
31         ReleaseMutex(g_hMutex);
32     }
33 
34     return 0L;
35 }

测试程序：

 1 //售票系统
 2 void Test2()
 3 {
 4     //创建一个互斥量
 5     g_hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, NULL);
 6 
 7     //初始化火车票
 8     TICKET ticket;
 9     ticket.nCount = 100;
10     strcpy(ticket.strTicketName, "北京-->赣州");
11 
12     const int THREAD_NUMM = 8;
13     THD_DATA threadSale[THREAD_NUMM];
14     HANDLE hThread[THREAD_NUMM];
15     for(int i = 0; i < THREAD_NUMM; ++ i)
16     {
17         threadSale[i].pTicket = &ticket;
18         string strThreadName = convertToString(i);
19 
20         strThreadName = "窗口" + strThreadName;
21 
22         strcpy(threadSale[i].strThreadName, strThreadName.c_str());
23 
24         //创建线程
25         hThread[i] = CreateThread(NULL, NULL, SaleTicket, &threadSale[i], 0, NULL);
26 
27         //请求获得一个互斥量锁
28         WaitForSingleObject(g_hMutex, INFINITE);
29         cout << threadSale[i].strThreadName << "开始出售 " << threadSale[i].pTicket->strTicketName << " 的票..." << endl;
30         //释放互斥量锁
31         ReleaseMutex(g_hMutex);
32 
33         //关闭线程
34         CloseHandle(hThread[i]);
35     }
36 
37     system("pause");
38 }

结果：

窗口0开始出售北京–>赣州的票…
窗口0出售第100的票,出票成功!剩余99张票.
窗口1开始出售北京–>赣州的票…
窗口1出售第99的票,出票成功!剩余98张票.
窗口0出售第98的票,出票成功!剩余97张票.
窗口2开始出售北京–>赣州的票…
窗口2出售第97的票,出票成功!剩余96张票.
窗口1出售第96的票,出票成功!剩余95张票.
窗口0出售第95的票,出票成功!剩余94张票.
窗口3开始出售北京–>赣州的票…
窗口3出售第94的票,出票成功!剩余93张票.
窗口2出售第93的票,出票成功!剩余92张票.
窗口1出售第92的票,出票成功!剩余91张票.
窗口0出售第91的票,出票成功!剩余90张票.
窗口4开始出售北京–>赣州的票…
窗口4出售第90的票,出票成功!剩余89张票.
窗口3出售第89的票,出票成功!剩余88张票.
窗口2出售第88的票,出票成功!剩余87张票.
窗口1出售第87的票,出票成功!剩余86张票.
窗口0出售第86的票,出票成功!剩余85张票.
窗口5开始出售北京–>赣州的票…
窗口5出售第85的票,出票成功!剩余84张票.
窗口4出售第84的票,出票成功!剩余83张票.
窗口3出售第83的票,出票成功!剩余82张票.
窗口2出售第82的票,出票成功!剩余81张票.

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