Win32编程day15 学习笔记

一 线程局部存储 Thread Local Storage

  1 由于多个线程使用同一个变量，各个线程
    都对变量进行操作，那么变量的值会被不同
    线程操作覆盖。
        
      通常   变量A   <-- 线程A
                     <-- 线程B
                
      TLS    变量A   <-- 线程A
             变量A   <-- 线程B
            
   2 TLS的使用
     2.1 使用关键字 __declspec(thread)
        __declspec(thread) CHAR * g_pszText2 = NULL;
     2.2 TLS相关API
       2.2.1 创建TLS索引
         DWORD TlsAlloc(VOID)
         返回一个TLS索引号
       2.2.2 设置值

         BOOL TlsSetValue(
         DWORD dwTlsIndex, //TLS索引
         LPVOID lpTlsValue //保存的值
         );

       2.2.3 获取值

         LPVOID TlsGetValue(
          DWORD dwTlsIndex  //TLS索引
         );

         返回存放在索引内的值
       2.2.4 释放

         BOOL TlsFree(
          DWORD dwTlsIndex   //TLS索引
         );

// ThreadTls.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "stdlib.h"
#include "windows.h"

CHAR * g_pszText   = NULL;
DWORD  g_nTlsIndex = 0;

void Print( )
{
    printf( "g_pszText: %s\n", g_pszText );
    //从TLS索引中获取值
    CHAR * pszText = (CHAR *)
        TlsGetValue( g_nTlsIndex );
    printf( "TLS: %s\n", pszText );
}

DWORD WINAPI PrintProc( LPVOID pParam )
{
    CHAR * pszText = (CHAR *)pParam;
    g_pszText = (CHAR *)malloc( 100 );
    strcpy( g_pszText, pszText );
    //将值保存到TLS索引当中
    TlsSetValue( g_nTlsIndex, g_pszText );

    while( 1 )
    {
        Print( );
        Sleep( 1000 );
    }
    return 0;
}

void Create( )
{
    HANDLE hThread   = NULL;
    DWORD  nThreadID = 0;

    CHAR szText1[] = "ThreadProc 1----------";
    hThread = CreateThread( NULL, 0,
        PrintProc, szText1, 0, &nThreadID );

    CHAR szText2[] = "-----ThreadProc 2-----";
    hThread = CreateThread( NULL, 0,
        PrintProc, szText2, 0, &nThreadID );

    WaitForSingleObject( hThread, INFINITE );
}

int main(int argc, char* argv[])
{    //创建TLS索引号
    g_nTlsIndex = TlsAlloc( );
    //创建线程
    Create( );
    //释放索引
    TlsFree( g_nTlsIndex );
    return 0;
}

二 线程同步

  1 多线程的问题
   
    A停止 -> B开始 -〉B停止 -> A开始
   
     当线程停止会保存寄存器的状态。
     当线程开始会恢复寄存器的状态。
    
    AB线程都使用printf的问题:
    A线程调用printf时，printf正在输出
    当中，A挂起，B执行，B线程也调用printf输出B的数据,画面会出现A的数据输出1部分,然后是B的数据;
    B挂起，A执行, A继续输出自己的数据.
    所以,由于多线程的切换,产生数据混乱.
    
  2 问题的解决 - 同步机制
    2.1 原子锁
    2.2 临界区
    2.3 事件
    2.4 互斥
    2.5 信号量
    2.6 可等候定时器
   
  3 等候多个内核对象事件

    DWORD WaitForMultipleObjects(
     DWORD nCount,//句柄的数量
     CONST HANDLE *lpHandles,//句柄数组
     BOOL fWaitAll, //等候方式
    DWORD dwMilliseconds );//等候时间

    等候方式fWaitAll:
       TRUE - 每个句柄都有事件,解除阻塞
       FALSE - 其中一个句柄有事件,解除阻塞

三 原子锁
 
  1 g_nValue++执行
    线程A通过寄存器完成加法运算,假设g_nValue正在加到10000时,线程切换到B,A的寄存器中保存10000数字,B从10000开始加数据,当B加到15000时,线程切换到A,A恢复寄存器的值,A会继续从10000开始累加,就将B完成5000的加法覆盖.
   
  2 原子锁
    执行单个指令时,锁定操作,不允许其他线程访问.
   
  3 用法
    InterlockedIncrement ++运算
    InterlockedDecrement --运算
    InterlockedCompareExchange ?运算

// InterLock.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "windows.h"

LONG g_nValue1 = 0;
LONG g_nValue2 = 0;

DWORD WINAPI InterProc1( LPVOID pParam )
{
    for( int nIndex=0; nIndex<10000000; nIndex++ )
    {    //普通++
        g_nValue1++;
    }
    return 0;
}
DWORD WINAPI InterProc2( LPVOID pParam )
{
    for( int nIndex=0; nIndex<10000000; nIndex++ )
    {    //原子锁++(lock)
        InterlockedIncrement( &g_nValue2 );
    }
    return 0;
}

void Create( )
{
    DWORD  nThreadID  = 0;
    HANDLE hThread[4] = { NULL };
    hThread[0] = CreateThread( NULL, 0,
        InterProc1, NULL, 0, &nThreadID );
    
    hThread[1] = CreateThread( NULL, 0,
        InterProc1, NULL, 0, &nThreadID );

    hThread[2] = CreateThread( NULL, 0,
        InterProc2, NULL, 0, &nThreadID );
    
    hThread[3] = CreateThread( NULL, 0,
        InterProc2, NULL, 0, &nThreadID );

    WaitForMultipleObjects( 4, hThread, 
        TRUE, INFINITE );

    printf( "Value1=%d  Value2=%d\n", 
        g_nValue1, g_nValue2 );
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    Create( );
    return 0;
}

四 临界区
 
  1 临界区作用
    线程在执行代码时,将代码锁定,不允许其他线程执行,只有该线程离开后,其他线程才能使用这些代码
   
  2 临界区的使用
    2.1 初始化临界区

       VOID InitializeCriticalSection(
       LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection //临界区结构地址
       );

    2.2 临界区加锁

       VOID EnterCriticalSection(
              LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection   // pointer to critical 
          //临界区
            );

    2.3 临界区解锁

       VOID LeaveCriticalSection(
       LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection 
          // 临界区 
       );

    2.4 释放临界区

       VOID DeleteCriticalSection(
       LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection   
               //临界区
       );

  3 和原子锁相比
    原子锁是一条语句
    临界区可以完成多条语句的锁定.

// CriticalSection.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "conio.h"
#include "windows.h"

CRITICAL_SECTION g_cs = { 0 };
LONG nValue = 0;

void Print( )
{    //进入临界区 - 加锁
    EnterCriticalSection( &g_cs );

    nValue++;
    printf( "Long long long.......%d\n", nValue );
    
    //离开临界区 - 解锁
    LeaveCriticalSection( &g_cs );
}

DWORD WINAPI PrintProc( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {
        Print( );
        Sleep( 100 );
    }
    return 0;
}

void Create( )
{
    DWORD nThreadID = 0;
    HANDLE hThread[2] = { 0 };
    hThread[0] = CreateThread( NULL, 0,
        PrintProc, NULL, 0, &nThreadID );
    hThread[1] = CreateThread( NULL, 0,
        PrintProc, NULL, 0, &nThreadID );
    
    getch( );
}

int main(int argc, char* argv[])
{    //初始化临界区
    InitializeCriticalSection( &g_cs );
    Create( );
    //删除临界区
    DeleteCriticalSection( &g_cs );
    return 0;
} 

五 事件

  1 事件
    通知的作用,当收到事件时,线程可以执行. 否则,线程将等候事件发生.
   
  2 事件的用法
    2.1 创建事件

            HANDLE CreateEvent(
       LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,//安全属性
       BOOL bManualReset,//重置方式
       BOOL bInitialState, //初始化状态
       LPCTSTR lpName //名称
              );

    返回创建好的事件句柄
    bManualReset - 事件重置方式, TRUE手动和FALSE自动重置. 如果为FALSE,系统在等候到事件后,会自动将事件重置为无信号状态. 如果为TRUE,我们必须自己使用ResetEvent重置状态.
      bInitialState - 初始化状态, TRUE为有信号,FALSE无信号.
   2.2 等候事件
      WaitForSingleObject/
      WaitForMultipleObjects
    2.3 触发事件

      BOOL SetEvent(
      HANDLE hEvent //事件句柄
      );

    2.4 关闭事件
      CloseHandle
    2.5 重置事件

      BOOL ResetEvent(
       HANDLE hEvent //事件句柄
      );

    2.6 其他函数
      OpenEvent
      PulseEvent

// Event.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "conio.h"
#include "windows.h"

HANDLE g_hEvent = NULL;
HANDLE g_hEvent2= NULL;

DWORD WINAPI ThreadSend( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {    //触发事件
        SetEvent( g_hEvent );
        Sleep( 500 );
        SetEvent( g_hEvent2 );
        Sleep( 500 );
    }
    return 0;
}
DWORD WINAPI ThreadRecv( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {    //等候事件通知
        WaitForSingleObject( g_hEvent, 
            INFINITE );
        printf( "Hello Event: %p\n", 
            g_hEvent );
    }
    return 0;
}

DWORD WINAPI ThreadRecv2( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {    //等候事件通知
        WaitForSingleObject( g_hEvent2, 
            INFINITE );
        printf( "Hello Event2: %p\n", 
            g_hEvent2 );
        ResetEvent( g_hEvent2 );
    }
    return 0;
}

void Create( )
{
    DWORD  nThreadID  = 0;
    HANDLE hThread[3] = { NULL };
    hThread[0] = CreateThread( NULL, 0,
        ThreadSend, NULL, 0, &nThreadID );

    hThread[1] = CreateThread( NULL, 0,
        ThreadRecv, NULL, 0, &nThreadID );

    hThread[2] = CreateThread( NULL, 0,
        ThreadRecv2, NULL, 0, &nThreadID );
}

int main(int argc, char* argv[])
{
    //创建自动重置事件
    g_hEvent = CreateEvent( NULL, 
        FALSE, FALSE, NULL );
    //创建手动重置事件
    g_hEvent2 = CreateEvent( NULL, 
        TRUE, FALSE, NULL );

    Create( );
    
    getch( );

    //关闭事件
    CloseHandle( g_hEvent );
    return 0;
}

六 互斥量

  1 互斥量
    多个线程同时只能有一个执行.
   
  2 互斥量使用
    2.1 创建互斥

      HANDLE CreateMutex(
        LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,//安全属性
        BOOL bInitialOwner,  //初始化的拥有线程
              LPCTSTR lpName ); //名称

   bInitialOwner - TRUE表示当前创建互斥
    量的线程拥有互斥, FALSE为不拥有.
    2.2 等候互斥
       WaitForSingleObject
       WaitForMultipleObjects
    2.3 重置互斥
       ReleaseMutex
    2.4 关闭互斥
       CloseHandle
    2.5 使用互斥线程,按照谁先等候谁先拥有互斥量的规则顺序执行.
    2.6 其他函数
      OpenMutex 打开互斥

// Mutex.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "conio.h"
#include "windows.h"

HANDLE g_hMutex = NULL;

DWORD WINAPI ThreadProc1( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {   //等候互斥量
        WaitForSingleObject( g_hMutex,
            INFINITE );
        printf( "ThreadProc1----------\n");
        Sleep( 500 );
        //释放互斥量
        ReleaseMutex( g_hMutex );
    }
    return 0;
}

DWORD WINAPI ThreadProc2( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {    //等候互斥量
        WaitForSingleObject( g_hMutex, 
            INFINITE );
        printf( "------ThreadProc2------\n");
        Sleep( 500 );
        //释放互斥量
        ReleaseMutex( g_hMutex );
    }
    return 0;
}

DWORD WINAPI ThreadProc3( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {    //等候互斥量
        WaitForSingleObject( g_hMutex, 
            INFINITE );
        printf( "------------ThreadProc3\n");
        Sleep( 500 );
        //释放互斥量
        ReleaseMutex( g_hMutex );
    }
    return 0;
}

void Create( )
{
    DWORD  nThreadID  = 0;
    HANDLE hThread[3] = { NULL };
    hThread[0] = CreateThread( NULL, 0,
        ThreadProc1, NULL, 0, &nThreadID );
    hThread[1] = CreateThread( NULL, 0, 
        ThreadProc2, NULL, 0, &nThreadID );
    hThread[2] = CreateThread( NULL, 0, 
        ThreadProc3, NULL, 0, &nThreadID );
}

int main(int argc, char* argv[])
{    //创建互斥量
    g_hMutex = CreateMutex( NULL,
        FALSE, NULL ); //FALSE表示当前创建互斥量的线程（main）不拥有互斥量

    Create( );

    getch( );
    //关闭
    CloseHandle( g_hMutex );

    return 0;
}

七 信号量
  
  1 信号量
    通知的作用,和事件类似.但是与事件不同.
    事件只维护一个值0或者1.
    信号量维护一个变量,0时无信号,大于0有信号.
   
  2 信号量的使用
    2.1 创建信号量

        HANDLE CreateSemaphore(
       LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,//安全属性
       LONG lInitialCount,//初始信号量
       LONG lMaximumCount,//最大信号量
       LPCTSTR lpName //命名
        );

      返回创建好的信号量句柄.
    2.2 等候信号量
      WaitForSingleObject
      WaitForMultipleObjects
    2.3 释放信号

      BOOL ReleaseSemaphore(
       HANDLE hSemaphore, //信号量句柄
       LONG lReleaseCount,//释放信号的数量
       LPLONG lpPreviousCount //释放前的数量
      );

    2.4 关闭信号量
      CloseHandle
    2.5 打开信号量
      OpenSemaphore

// Semaphore.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"
#include "conio.h"
#include "windows.h"

HANDLE g_hSemaphore = NULL;

DWORD WINAPI ThreadSend( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {
        CHAR ch = getch( );
        switch( ch )
        {
        case '1':
            //释放信号 其实是增加可用空位
            ReleaseSemaphore( g_hSemaphore,
                1, NULL );
            break;
        case '5':
            ReleaseSemaphore( g_hSemaphore,
                5, NULL );
            break;
        }
    }
    return 0;
}

DWORD WINAPI ThreadRecv( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {    //等候信号量的信号
        WaitForSingleObject( 
            g_hSemaphore, INFINITE );
        printf( "Hello Semaphore\n" );
        Sleep( 100 );
    }
    return 0;
}

void Create( )
{
    DWORD  nThreadID  = 0;
    HANDLE hThread[2] = { NULL };
    hThread[0] = CreateThread( NULL, 0,
        ThreadSend, NULL, 0, &nThreadID );
    hThread[1] = CreateThread( NULL, 0,
        ThreadRecv, NULL, 0, &nThreadID );

    WaitForMultipleObjects( 2, hThread,
        TRUE, INFINITE );
}

int main(int argc, char* argv[])
{    //创建信号量
    g_hSemaphore = CreateSemaphore( 
        NULL, 3, 10, NULL );  //3表示一开始有3个可用空位
    Create();
    //关闭信号量
    CloseHandle( g_hSemaphore );
    return 0;
}

八 可等候定时器

  1 可等候定时器
    是一个更加精确系统提供的定时器.能够达到100ns级别.
   
  2 定时器的使用
    2.1 创建定时器

        HANDLE CreateWaitableTimer(
      LPSECURITY_ATTRIBUTES lpTimerAttributes,//安全属性
      BOOL bManualReset,//重置方式
      LPCTSTR lpTimerName //命名
      );

      返回创建好的定时器的句柄
    2.2 设置定时器

      BOOL SetWaitableTimer(
       HANDLE hTimer, //定时器句柄
       const LARGE_INTEGER *pDueTime,//定时器第一次触发的时间,100ns级别
       LONG lPeriod, //后续每次触发的间隔,毫秒级别
       PTIMERAPCROUTINE pfnCompletionRoutine,  //APC处理函数
       LPVOID lpArgToCompletionRoutine,//APC参数
       BOOL fResume ); //休眠标识

       pDueTime - 正值,表示绝对时间
          负值,表示相对于现在的时间间隔
       lPeriod  - 0  定时器不再有后续触发
          大于0 按照间隔触发
            
       pDueTime | lPeriod | lPeriod ....
        
    2.3 等候定时器
      WaitForSingleObject
      WaitForMultipleObjects
    2.4 关闭定时器
      CloseHandle
    2.5 APC定时器 （异步调用处理）

      VOID CALLBACK TimerAPCProc(
      LPVOID lpArgToCompletionRoutine   // data value
      DWORD dwTimerLowValue // timer low value
      DWORD dwTimerHighValue   // timer high value
          );

  2.6 其他
    OpenWaitableTimer 打开
    CancelWaitableTimer 取消

// WaitableTimer.cpp : Defines the entry point for the console application.
//

#include "stdafx.h"

#define _WIN32_WINNT 0x0400

#include "windows.h"

HANDLE g_hTimer = NULL;

DWORD WINAPI TimerThread( LPVOID pParam )
{
    while( 1 )
    {
        WaitForSingleObject( g_hTimer, 
            INFINITE );
        printf( "Hello Timer\n" );
    }

    return 0;
}


void Create( )
{    //创建定时器
    g_hTimer = CreateWaitableTimer(
        NULL, FALSE, NULL );
    //设置定时器
    UINT64 nDueTime = -100000000;
    SetWaitableTimer( g_hTimer, 
        (PLARGE_INTEGER)&nDueTime, 1000, //nDueTime是第一次触发的时间（纳秒），1000是以后触发间隔（毫秒）
        NULL, NULL, FALSE );
    //创建等候线程
    DWORD dwThreadID = 0;
    HANDLE hThread = CreateThread( NULL, 0,
        TimerThread, NULL, 0, &dwThreadID );
    WaitForSingleObject( hThread, INFINITE );
    //关闭定时器
    CloseHandle( g_hTimer );
}

VOID CALLBACK TimerProc(
  LPVOID lpArgToCompletionRoutine,
  DWORD  dwTimerLowValue,
  DWORD  dwTimerHighValue )       
{
    printf( "------APC TimerProc--------\n" );
}

void APCTimer( )
{    //创建定时器
    HANDLE hTimer = CreateWaitableTimer(
        NULL, FALSE, NULL );
    //设置定时器
    UINT64 nDueTime = -10000000;
    SetWaitableTimer( hTimer, 
        (PLARGE_INTEGER)&nDueTime, 1000,
        TimerProc, NULL, FALSE );
    //
    while( 1 )
    {
        SleepEx( -1, TRUE ); //阻塞main()函数，但是waitabletimer的消息还是能执行。说明这是另外一个消息队列
    }    

    //关闭句柄
    CloseHandle( hTimer );
}


int main(int argc, char* argv[])
{
    Create( );
    //APCTimer( );

    return 0;
}