【Windows】线程漫谈——线程同步之Slim读/写锁

本系列意在记录Windwos线程的相关知识点，包括线程基础、线程调度、线程同步、TLS、线程池等。

 

Slim读/写锁

SRWLock的目的和关键段相同，对一个资源进行保护，构造了一段“原子访问”的代码，不让其他线程访问它。但与关键段不同的是SRWLock允许区分想要读取资源值的线程和想要写入资源值的线程，因为仅仅读取资源是不会破坏数据的，下面是Slim读/写锁的简单用法：

SRWLOCK g_srwLock

...

//init SRWLock

InitializeSRWLock(&g_srwLock);

...

//当需要写入资源的时候申请"排他锁"

AcquireSRWLOckExclusive(&g_srwLock);

//执行写入动作

...

//写入结束后释放"排他锁"

ReleaseSRWLockExclusive(&g_srwLock);

//-----------------------------------------

//当需要读取时申请"共享锁"

AcquireSRWLockShared(&g_srwLock);

//执行读操作

...

//读取结束后释放"共享锁"

ReleaseSRWLockShared(&g_srwLock);

 

 

//系统会自动清理g_srwLock，没有别的清理函数

可以看到，存在两种锁用于此机制："排他锁"和"共享锁"。排他锁需要任何中锁都不存的情况下才能返回，否则阻塞；共享锁在没有排他锁的情况下就可以返回，哪怕有其他共享锁也没关系。这样在写操作之前申请排他锁，在读之前申请共享锁就可以保证共享资源数据不会被意外破坏。另外，只有初始化函数而没有释放函数。

看似SRWLock更关键段十分相似，但相比关键段SRWLock缺乏下面两个特性：

1、不存在对应的TryEnterXXX函数，如果锁已被占用那么只能选择阻塞调用线程；

2、不能递归的获得SRWLock。也就是说一个线程不能为了多次写入资源而多次锁定资源。而关键段可以做到。回想一下，因为关键段在Enter的时候将判断当前线程是否是共享资源的占有者，如果是则会“放行”，并增加引用计数。然而SRWLock始终不关心调用线程是谁。

 

SRWLock配合条件变量

SRWLock的另一个有用之处就是能配合“条件变量”使用，来完成一些更复杂的同步任务。我们假设如下场景：有一个共享的队列，2个服务端线程负责读取队列中的条目以处理，2个客户端线程负责写入队列中的条目以使服务先端线程处理，当队列中没有条目的时候应当挂起服务端线程，直到有条目进入时才被唤醒，另一方面，当队列已满时，客户端线程应当挂起直到服务端至少处理了一个条目，以释放至少一个条目的空间。

首先创建几个共享资源锁，其中SRWLOCK是上文提到的读写锁，CONDITION_VARIABLE就是这里的条件变量：

SRWLOCK  g_srwLock;

CONDITION_VARIABLE g_cvReadyToProduce;//读取线程用于通知写入线程可以开始写入

CONDITION_VARIABLE g_cvReadyToConsume;//写入线程用于通知读取线程可以开始读取

设计如下客户端写入线程流程：

AcquireSRWLockExclusive(&g_srwLock)：在写入之前获得排他锁，如果有其他锁，则阻塞；

SleepConditionVariableSRW(&g_cvReadToProduce,&g_srwLock,INFINITE,0)：当队列已满时，等待g_cvReadToProduce变量信号（此信号应该由做读取操作的服务端线程发起）。参数：&g_srwLock,INFINITE,0 分别表示暂时释放g_srwLock锁，并永久等待变量信号；

Write Queue...：对队列的写操作，如果在上一步时经过Sleep，并临时释放了g_srwLock锁，在这一步会自动重新获得g_srwLock锁；

ReleaseSRWLockExclusive(&g_srwLock)：写完队列后释放排他锁；

WakeAllConditionVariable(&g_cvReadToConsume)：向所有正在等待队列中条目的服务端线程发起g_cvReadToConsume信号，通知他们开始读取队列；

 

设计如下的服务端读取流程：

AcquireSRWLockShared(&g_srwLock)：在写入之前获得共享锁，如果有排他锁，则会阻塞；

SleepConditionVariableSRW(&g_cvReadToConsume,&g_srwLock,INFINITE,CONDITION_VARIABLE_LOCKMODE_SHARED)：当队列空时，等待g_cvReadToConsume变量信号（此信号应该由做写入操作的客户端线程发起）。参数：&g_srwLock,INFINITE,CONDITION_VARIABLE_LOCKMODE_SHARED 分别表示共享g_srwLock锁（不释放），并永久等待变量信号；

Read Queue...：对队列的读操作；

ReleaseSRWLockShared(&g_srwLock)：读完队列后释放共享锁；

WakeAllConditionVariable(&g_cvReadToProduce)：向所有正在等待队列至少有一个空间条目的客户端线程发起g_cvReadToProduce信号，通知他们可以开始写入队列；

 

上面的过程中我们对一个场景做了设计用到了SRWLock和所谓的条件变量，总结一下条件变量的用法如下：

CONDITION_VARIABLE g_cvReadyToProduce; //创建变量

 

VOID WINAPI InitializeConditionVariable(

  __out  PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable

);

 

//等待变量信号

BOOL WINAPI SleepConditionVariableSRW(

  __inout  PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable,

  __inout  PSRWLOCK SRWLock,

  __in     DWORD dwMilliseconds,

  __in     ULONG Flags

);

 

//发出变量信号，以唤醒正在等待变量的线程

VOID WINAPI WakeAllConditionVariable(

  __inout  PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable

);

前面一篇讲到关键段的时候也提到过条件变量，事实上，关键段也可以使用条件变量，只是API不太相同：

BOOL WINAPI SleepConditionVariableCS(

  __inout  PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable,

  __inout  PCRITICAL_SECTION CriticalSection,

  __in     DWORD dwMilliseconds

);

 

VOID WINAPI WakeAllConditionVariable(

  __inout  PCONDITION_VARIABLE ConditionVariable

);

另外，除了WakeAllConditionVariable还有一个WakeConditionVariable，顾名思义，后者是单单唤醒一个正在等待变量的线程，这类似于”事件的自动重置”。

关于更多条件变量的信息可以参见：Using Condition Variables

劳动果实，转载请注明出处：http://www.cnblogs.com/P_Chou/archive/2012/06/24/slim-rw-read-in-thread-sync.html