多线程中互斥锁和临界区锁编码及特点

### 多线程中互斥锁与临界区锁的编码及特点 #### 一、引言 在并发编程中，为了避免多个线程同时访问共享资源导致的数据不一致问题，通常会采用同步机制来保障数据的安全性。其中，互斥锁（Mutex）和临界区（Critical Section）是最常见的两种同步手段。本文将详细阐述这两种同步机制的实现原理、特点以及具体的编码方式。 #### 二、互斥锁（Mutex） **定义：** 互斥锁是一种用于保护共享资源的同步原语，它可以确保在同一时刻只有一个线程可以访问被保护的资源。在Windows平台下，`CreateMutex`函数可以创建一个互斥锁对象。 **特点：** 1. **所有权：**互斥锁支持所有权的概念，即解锁操作必须由上锁的线程执行。 2. **可重入性：**默认情况下，互斥锁不是可重入的，但可以通过设置标志实现可重入。 3. **等待时间：**可以设置等待获取互斥锁的时间，如果超时未获得锁，则返回错误。 **代码实现：** ```cpp Mutex::Mutex() { m_mutex = ::CreateMutex(NULL, FALSE, NULL); // 创建互斥锁 } Mutex::~Mutex() { ::CloseHandle(m_mutex); // 关闭互斥锁 } void Mutex::Lock() const { DWORD d = WaitForSingleObject(m_mutex, INFINITE); // 等待获取锁 } void Mutex::Unlock() const { ::ReleaseMutex(m_mutex); // 释放锁 } ``` #### 三、临界区（Critical Section） **定义：** 临界区是一种轻量级的互斥机制，它适用于保护同一进程内的共享资源，比互斥锁更高效。在Windows环境下，通过调用`InitializeCriticalSection`初始化临界区。 **特点：** 1. **轻量级：**相比互斥锁，临界区的加锁和解锁操作开销更小。 2. **仅限于进程内：**临界区只能用于同一进程中的线程同步，不能跨进程。 3. **自动销毁：**当最后一个引用临界区的线程退出时，临界区会被自动销毁。 **代码实现：** ```cpp CriSection::CriSection() { ::InitializeCriticalSection(&m_critclSection); // 初始化临界区 } CriSection::~CriSection() { ::DeleteCriticalSection(&m_critclSection); // 销毁临界区 } void CriSection::Lock() const { ::EnterCriticalSection((LPCRITICAL_SECTION)&m_critclSection); // 进入临界区 } void CriSection::Unlock() const { ::LeaveCriticalSection((LPCRITICAL_SECTION)&m_critclSection); // 离开临界区 } ``` #### 四、互斥锁与临界区的比较 1. **效率：**临界区通常比互斥锁更快，因为它们的实现更加轻量级且没有操作系统级别的上下文切换开销。 2. **适用范围：**互斥锁可以用于进程间同步，而临界区仅限于进程内部使用。 3. **可移植性：**互斥锁在不同操作系统上的实现差异较小，更容易移植；而临界区的实现依赖于特定的操作系统。 4. **可重入性：**两者都支持可重入特性，但在默认情况下互斥锁是非可重入的，需要额外设置。 #### 五、示例代码 在实际应用中，可以根据需求选择使用互斥锁或临界区。下面提供了一个简单的示例，展示如何在多线程环境中使用这两种同步机制。 ```cpp #include <iostream> #include <process.h> #include <time.h> #include "Lock.h" using namespace std; #define ENABLE_MUTEX //#define ENABLE_CRITICAL_SECTION #ifdef ENABLE_MUTEX Mutex g_Lock; #elif defined(ENABLE_CRITICAL_SECTION) CriSection g_Lock; #endif void LockCompare(int &iNum) { g_Lock.Lock(); // 临界区内操作 iNum++; g_Lock.Unlock(); } int main() { int num = 0; _beginthread(LockCompare, 0, &num); _beginthread(LockCompare, 0, &num); Sleep(1000); // 等待线程完成 cout << "Final number: " << num << endl; return 0; } ``` 该示例展示了如何使用互斥锁或临界区来保护对全局变量`num`的访问，确保其正确地被两个线程递增。 #### 六、总结 互斥锁和临界区是多线程编程中非常重要的概念，它们可以有效地避免数据竞争条件，保障程序的一致性和稳定性。根据具体的应用场景和需求选择合适的同步机制对于提高程序的性能至关重要。