C/C++全局变量多线程并发访问临界锁(Critical Section Lock)

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因为之前一直习惯于C语言编程，对C++的一些使用方式没有在意过，在阅读一些代码后渐渐的发现了C++的一些便捷性，这种便捷性在一定程度上降低了我们的编码量，对于全局变量多线程并发访问一般可以通过临界区(Critical Section)实现，比如在C语言中形如以下代码：

#include <windows.h>
#define THREAD_NUM 5

CRITICAL_SECTION g_cs;
int              g_nResource;

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParam)  
{  
    EnterCriticalSection(&g_cs);
    printf("Thread id %d Resource Count %d\n", 
                GetCurrentThreadId(), g_nResource); 
    g_nResource++;

    LeaveCriticalSection(&g_cs);
    return 0;  
}  

int main(void)
{
    HANDLE hThreads[THREAD_NUM] = {0};
    InitializeCriticalSection(&g_cs);

    for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
        hThreads[i] = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);

    WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, hThreads, TRUE, INFINITE);
    DeleteCriticalSection(&g_cs);
    return 0;
}

这段代码是在C语言下一种常见的编码习惯，但是多处调用 EnterCriticalSection 或者 LeaveCriticalSection 也会让人烦不胜烦，又比如形如以下的代码也是经常会出现的错误：

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParam)  
{  
    EnterCriticalSection(&g_cs);
    // 检查传入的lpParam是否为NULL
    if (lpParam == NULL)
       return ERROR_INVALID_PARAMETER; // 这里错误，没有释放临界区就直接返回

    printf("Thread id %d Resource Count %d\n", 
                GetCurrentThreadId(), g_nResource); 
    g_nResource++;

    LeaveCriticalSection(&g_cs);
    return 0;  
}

这一类错误很容易在构建复杂应用时发生，而且调试锁死的线程也相对比较困难，当然对于C语言来说除了在返回（return）前记得释放锁外还有一种比较优雅的办法就是善用goto，比如以下：

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParam)  
{  
    EnterCriticalSection(&g_cs);
    // 检查传入的lpParam是否为NULL
    if (lpParam == NULL)
       goto CleanUp;

    printf("Thread id %d Resource Count %d\n", 
                GetCurrentThreadId(), g_nResource); 
    g_nResource++;

CleanUp;
    LeaveCriticalSection(&g_cs);
    return 0;
}

在函数体最后释放资源前加上一个标签（label），然后判断失败则跳转到这个label，这样可以避免之前忘记释放锁的错误。

好了言归正传，今天介绍一种利用C++对象构造和析构机制的全局锁，首先我们建立一个全局锁的类。

class CGlobalLock                           // tag: glock
{
public:
    CGlobalLock()
    {
        EnterCriticalSection(&s_cs);
    }

    ~CGlobalLock()
    {
        LeaveCriticalSection(&s_cs);
    }

    static void Init()
    {
        InitializeCriticalSection(&s_cs);
    }

    static void Deinit()
    {
        DeleteCriticalSection(&s_cs);
    }

private:
    static CRITICAL_SECTION s_cs;
};

怎么样，这段代码是不是很简单，接下来我们结合上面的例子来讲一讲具体的用法：

#include <windows.h>
#include "globallock.h" // 包含class CGlobalLock

#define THREAD_NUM 5

int              g_nResource;

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParam)  
{  
    CGlobalLock glock;

    printf("Thread id %d Resource Count %d\n", 
                GetCurrentThreadId(), g_nResource); 
    g_nResource++;
    return 0;  
}  

int main(void)
{
    HANDLE hThreads[THREAD_NUM] = {0};
    CGlobalLock::Init();

    for (i = 0; i < THREAD_NUM; i++)
        hThreads[i] = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, NULL, 0, NULL);

    WaitForMultipleObjects(THREAD_NUM, hThreads, TRUE, INFINITE);
    CGlobalLock::Deinit();

    return 0;
}

代码就是这样，可能Init和Deinit还好理解，而线程体 ThreadProc 单单初始化一个名称为glock的 CGlobalLock 的对象而不做其他事情就可以实现加锁和解锁？

是的，这里利用了构造函数、析构函数和变量作用域的概念，首先建立glock时必定会调用构造函数，而构造函数则使用 EnterCriticalSection 进入临界区，从而实现加锁，等到线程体执行完毕时必然会使glock超出变量作用域，这样C++需要对glock进行销毁，就必然触发析构函数，而析构函数使用 LeaveCriticalSection 释放了锁，也就是说这里glock的作用域是 ThreadProc 的函数体，只要执行流程超出 ThreadProc 函数体则必然调用析构函数释放锁，所以定义这个对象即是加锁，而解锁则交给作用域无需我们操心了。这样我们就可以放心大胆的if return了。

有点类似于try finally，无论try里发生了什么finally里面的代码无论如何都是会被执行的。

注：对于单纯的整形自增可以直接使用原子操作 InterLockedIncrement ，从而避免全局变量锁，文中代码仅仅示意对于全局变量访问的全局锁作用。