Windows 平台下的同步机制（2）– 互斥体(Mutex)

技术2022-07-03 117

windows api中提供了一个互斥体，功能上要比临界区强大。Mutex是互斥体的意思，当一个线程持有一个Mutex时，其它线程申请持有同一个Mutex会被阻塞，因此可以通过Mutex来保证对某一资源的互斥访问（即同一时间最多只有一个线程访问）。调用CreateMutex可以创建或打开一个Mutex对象，其原型如下

HANDLE CreateMutex( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, BOOL bInitialOwner, LPCTSTR lpName );

其中参数lpMutexAttributes用来设定Mutex对象的安全描述符和是否允许子进程继承句柄。bInitialOwner表明是否将Mutex的持有者设置为调用线程。lpName参数设置Mutex的名字，该名字区分大小写并不能包含""，最大长度为MAX_PATH，可设置为NULL表明该Mutex为匿名对象。如果调用成功，则返回Mutex的句柄，否则返回NULL，如果lpName不为NULL且调用前同名的Mutex已被创建，则返回同名Mutex的句柄，此时调用GetLastError将返回ERROR_ALREADY_EXISTS，参数bInitialOwner将被忽略。

还可以调用OpenMutex打开创建的非匿名Mutex，原型如下

HANDLE OpenMutex( DWORD dwDesiredAccess, BOOL bInheritHandle, LPCTSTR lpName );

在成功创建或打开Mutex后，可以使用wait functions来等待并获取Mutex的持有权。

下面的例子用来通过Mutex对象控制某一应用程序只运行一次

int WinMain(HINSTANCE hInstance, HINSTANCE hPrevInstance, LPSTR lpCmdLine, int nCmdShow) { HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, "Mutex_Only_One_Instance_Allowed"); if (NULL == hMutex) { Error("Create mutex error."); return -1; } DWORD dw = WaitForSingleObject(hMutex, 0); if (WAIT_FAILED == dw) { Error("Wait for mutex error."); CloseHandle(hMutex); // 释放句柄，当指向同一系统对象的所有句柄释放后，该对象将被删除。 return -1; } else if (WAIT_TIMEOUT == dw) { // 另外一个实例正在运行 CloseHandle(hMutex); return 1; }

// 没有其它实例在运行，本实例将继续运行 // 在此实现必要的功能性代码，如创建窗口，进入消息循环 // ……………

ReleaseMutex(hMutex); // 释放hMutex的持有权，注意这并不等同于删除Mutex对象 CloseHandle(hMutex);

return 0; }

其中WaitForSingleObject是等待特定对象发出信号（signaled），而Mutex对象在没有任何线程持有时会发出信号。

与临界区（critical section）有什么区别，为什么强大？它们有以下几点不一致： 1.critical section是局部对象，而mutex是核心对象。因此像waitforsingleobject是不可以等待临界区的。 2.critical section是快速高效的，而mutex同其相比要慢很多 3.critical section使用范围是单一进程中的各个线程，而mutex由于可以有一个名字，因此它是可以应用于不同的进程，当然也可以应用于同一个进程中的不同线程。 4.critical section 无法检测到是否被某一个线程释放，而mutex在某一个线程结束之后会产生一个abandoned的信息。同时mutex只能被拥有它的线程释放。下面举两个应用mutex的例子，一个是程序只能运行一个实例，也就是说同一个程序如果已经运行了，就不能再运行了；另一个是关于非常经典的哲学家吃饭问题的例子。

互斥体通常用于多进程之间的同步问题

程序运行单个实例： #include "stdafx.h" #include #include #include using namespace std;

//当输入s或者c时候结束程序 void PrintInfo(HANDLE& h, char t) { char c; while (1) { cin >> c; if (c == t) { ReleaseMutex(h); CloseHandle(h); break; } Sleep(100); } } int main(int argc, char* argv[]) { //创建mutex，当已经程序发现已经有这个mutex时候，就相当于openmutex HANDLE hHandle = CreateMutex(NULL, FALSE, "mutex_test"); if (GetLastError() == ERROR_ALREADY_EXISTS) { cout << "you had run this program!" << endl; cout << "input c to close this window" << endl; PrintInfo(hHandle, ‘c’); return 1; } cout << "program run!" << endl; cout << "input s to exit program" < PrintInfo(hHandle, ‘s’); return 1; }

封装：

struct _Lock { _Lock(HANDLE& mtx) : _mtx(mtx), _ret(WAIT_OBJECT_0) { if (_mtx != 0) _ret = WaitForSingleObject(_mtx, 100000); } ~_Lock() { Release(); }

void Release() { if (_mtx != 0 && _ret == WAIT_OBJECT_0) ReleaseMutex(_mtx); } HANDLE& _mtx; DWORD _ret; };

哲学家吃饭问题：

const int PHILOSOPHERS = 5; //哲学家人数 const int TIME_EATING = 50; //吃饭需要的时间毫秒 HANDLE event[PHILOSOPHERS]; //主线程同工作线程保持同步的句柄数组 HANDLE mutex[PHILOSOPHERS]; //mutex数组，这里相当于公共资源筷子 CRITICAL_SECTION cs; //控制打印的临界区变量

UINT WINAPI ThreadFunc(void* arg) { int num = (int)arg; DWORD ret = 0; while (1) { ret = WaitForMultipleObjects(2, mutex, TRUE, 1000); if (ret == WAIT_TIMEOUT) { Sleep(100); continue; } EnterCriticalSection(&cs); cout << "philosopher " << num << " eatting" << endl; LeaveCriticalSection(&cs); Sleep(TIME_EATING); break; } //设置时间为有信号 SetEvent(event[num]); return 1; } int main(int argc, char* argv[]) { HANDLE hThread; InitializeCriticalSection(&cs); //循环建立线程 for (int i = 0; i < PHILOSOPHERS; i++) { mutex[i] = CreateMutex(NULL, FALSE, ""); event[i] = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, ""); hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, (void*)i, 0, NULL); if (hThread == 0) { cout << "create thread " << i << "failed with code: " << GetLastError() << endl; DeleteCriticalSection(&cs); return -1; } CloseHandle(hThread); } //等待所有的哲学家吃饭结束 DWORD ret = WaitForMultipleObjects(PHILOSOPHERS, event, TRUE, INFINITE); if (ret == WAIT_OBJECT_0) { cout << "all the philosophers had a dinner!" << endl; } else { cout << "WaitForMultipleObjects failed with code: " << GetLastError() << endl; } DeleteCriticalSection(&cs); for (int j = 0; j < PHILOSOPHERS; j++) { CloseHandle(mutex[j]); } return 1; }

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