总结

  • 首先前面提到了一个思路：给队列模型添加初步的线程保护，在使用它的时候，可以不考虑会保护其免受资源争夺的问题

    • 实际上就是将CRITICAL_SECTION放在 Queue.c 的实现当中。
    • 让两个基本操作 PushBack PopFront 能够自己实现保护自己
    • 具体应该怎么做呢？之前的我们对队列模型中的 empty 实现了单独保护，现在反过来，将其保护范围扩大一些就行了。

  • 具体方法 Queue.c

    • 首先是取消使用 empty_sec 这个关键段/临界区
    • 使用新的 static CRITICAL_SECTION io_section;
    • 修改 newQueue 和 del_queue 里的初始化和销毁关键段代码。

    • 以及重点的 push_back 和 pop_front的代码修改，前者变化多一些

      1.   static int push_back(queue * __restrict object, const char * __restrict src, const char * __restrict dst)
      2.   {
      3.       char*    loc_src = NULL; /* 本地变量，尽量利用寄存器以及缓存 */
      4.       char*    loc_dst = NULL;
      5.       combine* loc_com = NULL;
      6.       queue*   loc_que = object;
      8.       size_t   len_src = strlen(src); /* 获取路径长度 */
      9.       size_t   len_dst = strlen(dst);
      10.       size_t   rear = 0; /* 队列的队尾 */
      11.       size_t   front = 0; /* 队列的队首 */
      13.       loc_src = Malloc_s(len_src + 1); /* 分配空间 */
      14.       loc_dst = Malloc_s(len_dst + 1);
      15.       loc_com = Malloc_s(sizeof(combine));
      16.       if (loc_src == NULL || loc_dst == NULL || loc_com == NULL)
      17.       {
      18.           Free_s(loc_src); /* 特殊处理过的释放函数 */
      19.           Free_s(loc_dst);
      20.           Free_s(loc_src);
      21.           return 1;
      22.       }
      23.       strcpy(loc_src, src); /* 构造路径模型 */
      24.       strcpy(loc_dst, dst);
      25.       loc_com->dst_to_path = loc_dst;
      26.       loc_com->src_from_path = loc_src;
      27.       /* 进入保护 */
      28.       EnterCriticalSection(&io_section); 
      29.       rear = loc_que->rear;   /*获取队尾*/
      30.       front = loc_que->front; /*获取队首*/
      32.       loc_que->path_contain[rear++] = loc_com; /* 将本地路径加入实体 */
      33.       loc_que->rear = (rear % CAPCITY);     /* 用数组实现循环队列的步骤 */
      34.       /* 取消原先的保护 */
      35.       if (loc_que->rear == loc_que->front)  
      36.       {
      37.           loc_que->empty = 0;
      38.       }
      39.       LeaveCriticalSection(&io_section);
      40.       return 0;
      41.   }

      注释里写了很多信息，主要教之前的版本改变了一下串行代码的顺序，功能并没有太大变化，变化的两处地方，一个是内存分配错误判断由三个if变成一个if，另一个是为了使临界区内的代码尽可能少，所以将一些操作移动了。

      pop_front代码基本没改变只是将临界区扩大了保护范围。

      1.   static combine * pop_front(queue* object)
      2.   {
      3.       EnterCriticalSection(&io_section);
      4.       size_t   loc_front = object->front;                   /*获取当前队首*/
      5.       ...    
      6.   //    EnterCriticalSection(&empty_sec); /* 原先的临界区起始 */
      7.       if (object->front == object->rear)
      8.           object->empty = 1;
      9.       else
      10.           object->empty = 0;
      11.   //    LeaveCriticalSection(&empty_sec);
      12.       LeaveCriticalSection(&io_section);
      13.       return loc_com;
      14.   }

  • 如此修改以后，该队列模型就具备了初步的线程安全功能。

  • 在主代码中，可以删除 PopFront 和 PushBack 附近的保护操作。
  • 前方提到了，CRITICAL_SECTION 相对于 Mutex 不太安全，这里简单说一下，具体请查询相关资料
    • 前者只对当前代码段负责，也就是其他操作这个资源的途径是不被保护的。
    • 通俗的来说，假设有多个线程，CRITICAL_SECTION只保证在同一个“时间”内，只有一个线程能够运行这段代码，假设我在其他代码还有对这段代码中的资源进行访问，那关键段就不能保证什么了。
    • 速度快开销小是因为它和内核关系不大，是进程内的操作。
  • 发现问题了吗？
    • 在代码中，对于empty 的操作存在着问题，我们必须对它进行类似Mutex的保护，而不是使用CRITICAL_SECTION
    • 我们这里应该使用Mutex吗？其实有一个更好的选择，那就是在 Windows Vista之后引入的一个读写锁SRWLOCK，允许多个线程读取数据或者单个线程写入数据
      • 为什么选择它？道理还是一样，因为它不使用内核资源。
      • 将代码中对empty的关键段保护修改或添加上SRWLOCK读写锁的保护
      • 操作并没有什么区别，就是进入保护区请求(AcquireSRWLock(Exclusive/Shared))，离开保护区释放(ReleaseSRWLock(Exclusive/Shared))。
      • 本来有一个更好的可以减小开销的 TryAcquire... 操作，但是确在Windows 7以后才引入，故不在此实现。

结后语

  • 所谓读写锁，并不是所谓的银弹，意思就是不要盲目的使用读写锁，这里使用读写锁只是因为想要更加全面的覆盖知识点！
  • 要知道读锁的加持，并不一定就比一个互斥锁(这是Linux平台下对Windows临界区的称呼)要廉价，特别是在库设计实现者手里，他必须考虑到种种因素，例如 写锁饿死 现象，想要解决这个问题，就不可避免的要牺牲读锁的性能，有可能将互斥锁替换成读写锁以后，性能反而降低了。

写锁饿死，是个挺广泛的概念，只要有读写锁的身影就必定有它，可以查阅相关资料

  • 这一切都是需要测试，测试，再测试，之所以选择在 Windows 平台上开发，原因之一就是Visual Studio有一套强大到爆表的性能分析工具，你可以轻易找出代码性能问题。善用它来研究不同锁之间的差别，性能。

  • 对于多线程程序而言，同步原语实际上还是要善用 条件变量/互斥锁(临界区,关键段)这两个概念，能满足90% 的需求，最多再使用一些平台关键字就行了，不要参杂着各种各样的同步魔法，要不就换一种思维，除了 多线程，并发世界还有许多“很美好”的东西

很美好。。。是我自己说的