9.1 运用API创建多线程

2023-12-09 01:17:02
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在Windows平台下创建多线程有两种方式，读者可以使用CreateThread函数，或者使用beginthreadex函数均可，两者虽然都可以用于创建多线程环境，但还是存在一些差异的，首先CreateThread函数它是Win32 API的一部分，而_beginthreadex是C/C++运行库的一部分，在参数返回值类型方面，CreateThread返回线程句柄，而_beginthreadex返回线程ID，当然这两者在使用上并没有太大的差异，但为了代码更加通用笔者推荐使用后者，因为后者与平台无关性更容易实现跨平台需求。

9.1.1 CreateThread

CreateThread 函数是Windows API提供的用于创建线程的函数。它接受一些参数，如线程的入口函数、线程的堆栈大小等，可以创建一个新的线程并返回线程句柄。开发者可以使用该句柄控制该线程的运行状态。需要注意，在使用CreateThread创建线程时，线程入口函数的返回值是线程的退出码，而不是线程执行的结果值。

CreateThread 函数原型如下：

HANDLE CreateThread(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES   lpThreadAttributes,
  SIZE_T                  dwStackSize,
  LPTHREAD_START_ROUTINE  lpStartAddress,
  LPVOID                  lpParameter,
  DWORD                   dwCreationFlags,
  LPDWORD                 lpThreadId
);

参数说明：

lpThreadAttributes：指向SECURITY_ATTRIBUTES结构体的指针，指定线程安全描述符和访问权限。通常设为NULL，表示使用默认值。
dwStackSize：指定线程堆栈的大小，以字节为单位。如果dwStackSize为0，则使用默认的堆栈大小。(注：在32位程序下，该值的默认大小为1MB；在64位程序下，该值的默认大小为4MB)
lpStartAddress：指向线程函数的指针，这个函数就是线程执行的入口点。当线程启动时，系统就会调用这个函数。
lpParameter：指定传递给线程函数的参数，可以为NULL。
dwCreationFlags：指定线程的创建标志。通常设为0，表示使用默认值。
lpThreadId：指向一个DWORD变量的指针，表示返回的线程ID号。可以为NULL。

CreateThread 函数将创建一个新的线程，并返回线程句柄。开发者可以使用该句柄控制该线程的运行状态，如挂起、恢复、终止等。线程创建成功后，执行线程函数进行相应的业务处理。需要注意的是，在使用CreateThread创建线程时，线程入口函数的返回值是线程的退出码，而不是线程执行的结果值。

#include <windows.h>
#include <iostream>

using namespace std;

DWORD WINAPI Func(LPVOID lpParamter)
{
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    cout << "thread function" << endl;
    Sleep(200);
  }
  return 0;
}

int main(int argc,char * argv[])
{
  HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, Func, NULL, 0, NULL);
  CloseHandle(hThread);

  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    cout << "main thread" << endl;
    Sleep(400);
  }

  system("pause");
  return 0;
}

如上所示代码中我们在线程函数Func()内没有进行任何的加锁操作，那么也就会出现资源的争夺现象，这些会被抢夺的资源就被称为是临界资源，我们可以通过设置临界锁来实现同一时刻内保持一个线程操作资源。

EnterCriticalSection 是Windows API提供的线程同步函数之一，用于进入一个临界区并且锁定该区域，以确保同一时间只有一个线程访问临界区代码。

EnterCriticalSection函数的函数原型如下：

void EnterCriticalSection(
  LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection
);

参数说明：

lpCriticalSection：指向CRITICAL_SECTION结构体的指针，表示要进入的临界区。

EnterCriticalSection 函数将等待，直到指定的临界区对象可用并且已经锁定，然后，当前线程将进入临界区。临界区中的代码将在当前线程完成之前，不允许被任何其他线程执行。当线程完成临界区的工作时，应该调用LeaveCriticalSection函数释放临界区。否则，其他线程将无法进入临界区，导致死锁。

EnterCriticalSection 函数是比较底层的线程同步函数，需要开发者自行创建临界区，维护临界区的状态并进行加锁解锁的操作，使用时需要注意对临界区中的操作进行适当的封装和处理。同时，EnterCriticalSection函数也是比较高效的线程同步方式，对于需要频繁访问临界资源的场景，可以通过使用临界区来提高程序的性能。

#include <Windows.h>
#include <iostream>

int Global_One = 0;

// 全局定义临界区对象
CRITICAL_SECTION g_cs;

// 定义一个线程函数
DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParam)
{
  // 加锁防止线程数据冲突
  EnterCriticalSection(&g_cs);
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    Global_One++;
    Sleep(1);
  }

  // 执行完修改以后,需要释放锁
  LeaveCriticalSection(&g_cs);
  return 0;
}

int main(int argc, char * argv[])
{
  // 初始化临界区
  InitializeCriticalSection(&g_cs);
  HANDLE hThread[10] = { 0 };

  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    // 循环创建线程
    hThread[x] = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);
  }

  // 等待多个线程执行结束
  WaitForMultipleObjects(10, hThread, TRUE, INFINITE);

  // 最后循环释放资源
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    CloseHandle(hThread[x]);
  }

  printf("全局变量值: %d \n", Global_One);

  // 释放锁
  DeleteCriticalSection(&g_cs);

  system("pause");
  return 0;
}

9.1.2 BeginThreadex

BeginThreadex 是C/C++运行库提供的用于创建线程的函数。它也接受一些参数，如线程的入口函数、线程的堆栈大小等，与CreateThread不同的是，_beginthreadex函数返回的是线程的ID，而不是线程句柄。开发者可以使用该ID在运行时控制该线程的运行状态。此外，_beginthreadex函数通常与_endthreadex配对使用，供线程退出时使用。

beginthreadex 函数的函数原型如下：

uintptr_t _beginthreadex(
  void*                 security,
  unsigned             stack_size,
  unsigned(__stdcall*  start_address)(void*),
  void*                 arglist,
  unsigned             initflag,
  unsigned*            thrdaddr
);

参数说明：

security：与Windows安全机制相关，用于指定线程的安全属性，一般填NULL即可。
stack_size：指定线程的堆栈大小，以字节为单位。如果stack_size为0，则使用默认的堆栈大小。
start_address：线程函数的入口点。
arglist：传递给线程函数的参数。
initflag：线程标志，0表示启动线程后立即运行，CREATE_SUSPENDED表示启动线程后暂停运行。
thrdaddr：指向unsigned变量的指针，表示返回的线程ID号。可以为NULL。

与CreateThread相比，_beginthreadex函数返回线程ID而非线程句柄，使用时需要注意区分。与CreateThread不同的是，_beginthreadex函数接受传递给线程函数的参数放在arglist中，方便传递多个参数。线程使用完需要调用_endthreadex函数来关闭线程。当使用了_beginthreadex创建的线程退出时，会调用_endthreadex来结束线程，这里的返回值会被当做线程的退出码。

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <process.h>

using namespace std;

unsigned WINAPI Func(void *arg)
{
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    cout << "thread function" << endl;
    Sleep(200);
  }
  return 0;
}

int main(int argc, char * argv[])
{
  HANDLE hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, Func, NULL, 0, NULL);
  CloseHandle(hThread);
  for (int x = 0; x < 10; x++)
  {
    cout << "main thread" << endl;
    Sleep(400);
  }

  system("pause");
  return 0;
}

由于CreateThread()函数是Windows提供的API接口,在C/C++语言另有一个创建线程的函数_beginthreadex()该函数在创建新线程时会分配并初始化一个_tiddata块,这个块用来存放一些需要线程独享的数据,从而保证了线程资源不会发生冲突的情况,代码只需要稍微在上面基础上改进即可。

当然该函数同样需要设置线程临界区而设置方式与CreateThread中所展示的完全一致。

#include <stdio.h>
#include <process.h>
#include <windows.h>

// 全局资源
long g_nNum = 0;

// 子线程个数
const int THREAD_NUM = 10;

CRITICAL_SECTION  g_csThreadCode;

unsigned int __stdcall ThreadFunction(void *ptr)
{
  int nThreadNum = *(int *)ptr;

  // 进入线程锁
  EnterCriticalSection(&g_csThreadCode);
  g_nNum++;
  printf("线程编号: %d --> 全局资源值: %d --> 子线程ID: %d \n", nThreadNum, g_nNum, GetCurrentThreadId());

  // 离开线程锁
  LeaveCriticalSection(&g_csThreadCode);
  return 0;
}

int main(int argc,char * argv[])
{
  unsigned int ThreadCount = 0;
  HANDLE handle[THREAD_NUM];

  InitializeCriticalSection(&g_csThreadCode);

  for (int each = 0; each < THREAD_NUM; each++)
  {
    handle[each] = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunction, &each, 0, &ThreadCount);
    printf("线程ID: %d \n", ThreadCount);
  }

  WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, handle, TRUE, INFINITE);

  DeleteCriticalSection(&g_csThreadCode);

  system("pause");
  return 0;
}

总的来说，_beginthreadex比CreateThread更加高级，封装了许多细节，使用起来更方便，特别是对于传递多个参数的情况下，可以更简单地传参。

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