【Windows】线程漫谈——线程同步之等待函数和事件内核对象

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。

 

用内核对象进行线程同步

内核对象：Windows操作系统使用内核对象来管理进程、线程、文件等诸多种类的大量资源。内核对象的创建通常是通过Windows API，比如CreateThread将创建一个线程内核对象，并返回一个内核对象句柄。内核对象实际上是一小块内存，其中包括了引用计数、安全性描述等信息，操作系统通过这一小段内存来管理对应的内核资源。内核对象的实际内存地址并非句柄所展示的，它们在进程内的内核对象句柄表中有映射。

在前几篇中，介绍了在用户模式下的线程同步机制：InterLocked系列、关键段、Slim读写锁。这些同步机制可以在进行线程同步的同时让线程保持在用户模式下。然而用户模式下的线程同步机制有时不能满足我们的要求。从这篇开始，将介绍使用内核对象进行线程同步。在考虑是使用用户模式的同步机制还是使用内核对象来同步的时候，需要综合考量，尽量使用用户模式的线程同步机制。

内核对象普遍存在两种状态，要么是触发，要么是未触发。每种内核对象在这两个状态间切换过程都有其特殊的特点，比如进程内核对象在创建的时候总是处于未触发状态，当进程终止时，会变成触发状态；而且进程内核对象永远不会从触发态变回未触发态。于是，如果我们的线程需要等待子进程终止时才继续，那么可以将线程进入等待状态，当子进程标识的进程内核对象变成触发状态的时候唤醒线程！我们所需要的仅仅是Windows为我们提供的等待函数。

 

等待函数

等待函数能够是一个线程进入等待状态，直到指定的内核对象被触发为止。这些等待函数有：

DWORD WINAPI WaitForSingleObject(

  __in  HANDLE hHandle,

  __in  DWORD dwMilliseconds

);

当线程调用WaitForSingleObject的时候，第一个参数hObject用来标识内核对象，第二个参数是个超时时间（传入INFINITE表示永远等待直到触发）。

DWORD WINAPI WaitForMultipleObjects(

  __in  DWORD nCount,

  __in  const HANDLE *lpHandles,

  __in  BOOL bWaitAll,

  __in  DWORD dwMilliseconds

);

WaitForMultipleObjects允许调用线程检查多个内核对象的触发状态。

使用等待函数有时是会改变内核对象的状态的。比如：线程正在等待一个自动重置事件对象，当事件对象被触发的时候，函数会检测到这一情况并返回调用线程，但是在返回之前，他会使事件变为非触发状态。等待函数在不同的内核对象上调用并返回所引起的这样类似的“副作用”是不同的。在对内核对象展开介绍后，将看到这一点。

如果多个线程在同时等待同一个内核对象，那么任何一个线程都有可能被唤醒。我们不应该做出类似“谁先等待谁就先唤醒”这样的假设。

接下来，将分几篇的内容分别介绍那些与线程同步有关的内核对象。

 

事件内核对象

事件内核对象分为手动重置和自动重置，区别在于当对象从未触发状态变成触发状态后，会不会自动重置回未触发状态。与其他内核对象相同，事件内核对象也包括引用计数。下面的函数CreateEvent用以创建事件内核对象：

HANDLE CreateEvent(

  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,

  BOOL bManualReset,

  BOOL bInitialState,

  LPTSTR lpName

);

lpEventAttributes：会被忽略，必须为NULL（这里是MSDN的说法，在Windows Via C/C++中，暗示了这个参数与内核对象的安全属性和共享特性有关。不过通常都会传入NULL，因为不太会考虑让一个事件对象变为可继承）

bManualReset：手动重置（TRUE）还是自动重置（FALSE）

bInitialState：初始状态为触发（TRUE）还是非触发（FALSE）

lpName：用于共享内核对象的机制，这里与线程同步无关，不再阐述，传入NULL即可。

返回值：事件对象的句柄

Windows Vista还支持下面这个函数CreateEventEx来创建事件内核对象，详情请参见MSDN：

HANDLE WINAPI CreateEventEx(

  __in_opt  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes,

  __in_opt  LPCTSTR lpName,

  __in      DWORD dwFlags,

  __in      DWORD dwDesiredAccess

);

 

我们使用下面的函数来控制事件对象的状态：

BOOL SetEvent(

  HANDLE hEvent

); //将内核对象设置为触发状态

 

BOOL ResetEvent(

  HANDLE hEvent

);//将内核对象设置为非触发状态

 

BOOL PulseEvent(

  HANDLE hEvent

); //触发内核对象并立即将其重置为未触发状态，会唤醒正在等待的线程

如果用图来表示他们的作用就很直观了：

另外OpenEvent通常用于进程同步，但前提是事件内核对象必须有别名（通过给某些内核对象起别名，是一种共享内核对象的方式）：

HANDLE OpenEvent(

  DWORD dwDesiredAccess,

  BOOL bInheritHandle,

  LPCTSTR lpName

);

 

下图描述了事件内核对象的示例用法（同一进程内）：

主线程先创建一个事件内核对象，并创建两个线程，这两个线程的执行需要依赖主线程的准备工作，因此调用WaitForSingleObject等待事件对象触发。主线程完成准备工作后，调用SetEvent使对象变成触发状态，这时两个子线程将被唤醒开始执行代码。

在后面的篇章中，将继续介绍其他可以用来线程同步的内核对象。

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