ACE线程封装组件

文章内容来源于《ACE自适配通信环境中文技术文档》
1.ACE 线程封装组件的体系

1.1 ACE锁（Lock）类属

    ·Mutex、Thread_Mutex和Process_Mutex：这些类提供简单而高效的机制来序列化对共享资源（比如共享内存中的文件或对象）的访问。它们封装了Solaris、POSIX和Win32同步变量（分别是mutex_t、pthread_mutex_t和HANDLE）；

    ·RW_Mutex、RM_Thread_Mutex、RW_Process_Mutex：这些类序列化对共享资源的访问，其中的内容较少变动，而是更多地用于搜索。它们封装了Solaris rwlock_t同步变量（POSIX pthreads和Win32线程实现使用其他机制）；

    ·Semaphore、Thread_Semaphore、Process_Semaphore：这些类实现了Dijkstra的“计数信号量”抽象（一种用于序列化多线程控制的通用机制）。它们封装了Solaris sema_t同步变量（POSIX pthreads和Win32线程实现使用其他机制）；

    ·Null_Mutex：Null_Mutex类提供一种零开销的锁接口实现，被其他C++封装用于同步。

    ·Token（令牌）：Token类提供一种比Mutex更为通用的同步机制。例如，它实现了“递归互斥体”语义，拥有令牌的线程可以重新获取它，而不会导致死锁。此外，当其他线程释放令牌时，阻塞在该令牌上的线程以严格的FIFO（先进先出）的顺序被服务（相反，Mutex并不严格地强制实行一种获取顺序）。

    ·Recursive_Thread_Mutex：通过允许嵌套调用acquire方法（只要拥有该锁的线程也是重新获取它的线程），Recursive_Thread_Mutex扩展了缺省的Solaris线程互斥体语义。它与上面概述的Thread_Mutex类一起工作；

1.2 ACE守卫（Guard）类属

    ·Guard、Write_Guard和Read_Guard：这些类确保在进入和退出一个C++代码块时分别被自动获取和释放锁。(RAII)

    ·Thread_Control：Thread_Control类与Thread_Manager类相结合，用于在线程的发起函数中自动进行优雅的终止和清扫活动。

1.3 ACE条件（Condition）类属

    ·Condition：Condition类用于在涉及共享数据的条件表达式的状态发生变化时进行阻塞。它封装了Solaris和POSIX pthreads cond_t同步变量（Win32线程使用其他机制实现）；

    ·Null_Condition：Null_Condition类提供零开销的Condition接口实现，用于单线程应用。

1.4 ACE管理器（Manager）类属

    ·Thread_Manager：Thread_Manager类含有一套机制来对相互协作以实现集体行为的成组线程进行管理。     

    ·Thread_Spawn：Thread_Spawn提供一种标准工具，对为并发地处理来自客户的请求所进行的线程创建进行管理。

1.5 ACE主动对象（Active Object）类属

    ·Task（任务）：Task类是ACE中用于定义主动对象的中心机制。这些主动对象将输入输出消息排队，并在分离的线程控制中执行用户定义的消息处理服务。

1.6杂项ACE并发类

    ·Thread：Thread类封装Solaris线程、POSIX Pthreads和Win32线程族的线程创建、终止和管理例程。

    ·Atomic_Op：Atomic_Op类将同步特性透明地参数化进基本的算术操作。

    ·Barrier（栅栏）：Barrier类实现“栅栏同步”，对于许多类型的并行科学应用特别有用。

    ·TSS：TSS类允许“物理上”线程专有的对象被“逻辑地”当作程序的全局对象进行访问。

2.基本概念

2.1 互斥锁

互斥锁（通常称为“互斥体”或“二元信号量”）用于保护多线程控制并发访问的共享资源的完整性。互斥体通过定义临界区来序列化多线程控制的执行，在临界区中每一时刻只有一个线程在执行它的代码。互斥体简单（例如，只有拥有该互斥体的线程可以释放它）而高效（时间和空间）。

2.2 读者/作者锁

读者/作者锁与互斥体相类似。例如，获取读者/作者锁的线程也必须释放它。多个线程可同时获取一个读者/作者锁用于读，但只有一个线程可以获取该锁用于写。当互斥体保护的资源用于读远比用于写要频繁时，读者/作者互斥体有助于改善并发的执行。

2.3计数信号量

计数信号量是可以原子地增减的整数。如果线程试图减少一个值为零的信号量的值，它就会阻塞，直到另一个线程增加该信号量的值。

计数信号量用于追踪共享程序状态的变化。它们记录某种特定事件的发生。因为信号量维护状态，它们允许线程根据该状态来作决定，即使事件是发生在过去。

2.4条件变量

条件变量提供风格与互斥体、读者/写者锁和计数信号量不同的锁定机制。当持有锁的线程在临界区执行代码时，这三种机制让协作线程进行等待。相反，条件变量通常被一个线程用于使自己等待，直到 一个涉及共享数据的条件表达式到达特定的状态。当另外的协作线程指示共享数据的状态已发生变化，调度器就唤醒一个在该条件变量上挂起的线程。于是新唤醒的 线程重新对它的条件表达式进行求值，如果共享数据已到达合适状态，就恢复处理。

被条件变量等待的条件表达式可以任意地复杂。一般而言，与其他同步机制相比，条件变量允许更为复杂的调度决策。条件变量同步使用休眠锁来实现，休眠锁触发上下文切换，并允许另一线程执行，直到锁被获取。