一、临界区
1、概念
- 临界区指的是一个访问公共资源的程序片段，这些公共资源又无法同时被多个线程同时访问。当有线程进入临界区段时，其他线程或是进程必须等待，以确保这些公共资源是被互斥获得使用。
- 每个进程中访问临界资源的那段代码称为临界区 (Critical Section)，每次只准许一个进程进入临界区，进入后不允许其他进程进入。不论是硬件临界资源，还是软件临界资源，多个进程必须互斥地对它进行访问。
2、调度原则
- 1）单一原则：如果有若干进程要求进入空闲的临界区，一次仅允许一个进程进入；
- 2）等待原则：如已有进程进入自己的临界区，则其它所有想要进入临界区的进程必须等待；
- 3）限时原则：进入临界区的进程要在有限时间内退出，以便其它进程能及时进入自己的临界区，防止死锁；
- 4）节省原则：如果进程不能进入自己的临界区，则应让出 CPU，避免进程出现“忙等”现象，浪费可耻；
3、线程同步
- 1）有多个线程试图同时访问临界区，那么在有一个线程进入后，其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。
- 2）临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。
二、临界区 API
1、临界区 API 简介
| 函数名 |
函数作用 |
| InitializeCriticalSection |
初始化临界区 |
| EnterCriticalSection |
进入临界区 |
| TryEnterCriticalSection |
尝试进入临界区 |
| LeaveCriticalSection |
离开临界区 |
| DeleteCriticalSection |
删除临界区 |
2、临界区 API 详解
1）InitializeCriticalSection
- 所有的临界区 API 的参数都一样，为 CRITICAL_SECTION 结构体的指针，这个结构体里面的参数可以不用关心，因为都是由 API 进行操作，应用程序不要去操作具体的值，想要用临界区 API 来对线程进行加锁操作，必须先调用这个 API 进行初始化；
CRITICAL_SECTION m_kSection;
InitializeCriticalSection(&m_kSection);
2）EnterCriticalSection
- 这个接口的调用必须在 InitializeCriticalSection 之后；
- 利用 EnterCriticalSection 可以获取对公共资源的所有权，这个函数是阻塞型函数，如果资源被其它线程占有，它不会返回；
- 如果有多个线程调用 EnterCriticalSection，按照线程优先级高低来获取所有权；
EnterCriticalSection(&m_kSection);
3）TryEnterCriticalSection
- 这个接口区别于 EnterCriticalSection，是非阻塞的；
- 如果成功进入临界区，则返回一个非0的值；否则，返回 0；
return (TryEnterCriticalSection(&m_kSection) > 0);
4）LeaveCriticalSection
- 需要和 EnterCriticalSection 或者LeaveCriticalSection 配套使用，如果一个线程调用LeaveCriticalSection ，并且它本身没有这个临界区的使用权，那么就会报错，并且可能导致下一次使用 EnterCriticalSection 进行无限等待；
LeaveCriticalSection(&m_kSection);
5）DeleteCriticalSection
- 删除临界区对象,；
- 一旦删除，它将不能再被 EnterCriticalSection, TryEnterCriticalSection, 或者 LeaveCriticalSection 调用；
DeleteCriticalSection(&m_kSection);
3、临界区锁的封装
1）接口定义
class ILock
{
public:
ILock(){
}
virtual ~ILock(){
}
virtual void Lock(void) = 0;
virtual bool TryLock(void) = 0;
virtual void UnLock(void) = 0;
};
2）接口实现
- 锁构造函数进行临界区对象初始化；
- 锁析构函数进行临界区对象删除；
- 加锁函数执行进入临界区；
- 尝试加锁函数执行尝试进入临界区；
- 解锁函数执行退出临界区；
class NLock : public ILock
{
public:
NLock (){
InitializeCriticalSection(&m_kSection);
}
virtual ~NLock (){
DeleteCriticalSection(&m_kSection);
}
virtual void Lock(void){
EnterCriticalSection(&m_kSection);
}
virtual bool TryLock(void){
return (TryEnterCriticalSection(&m_kSection) > 0);
}
virtual void UnLock(void){
LeaveCriticalSection(&m_kSection);
}
protected:
CRITICAL_SECTION m_kSection;
};