多線程程式設計(8)：CriticalSection 臨界區同步詳解

為什麼需要線程同步？

多線程同時存取共享資源（如 TListBox.Items、Canvas、全域變數）會導致競態條件：資料損壞、介面錯亂、甚至程式崩潰。下圖展示三條線程無同步地向 ListBox 寫入 0~99，結果順序混亂、重複、遺漏：

CriticalSection（臨界區）核心概念

臨界區是使用者模式的輕量級同步物件，不屬於核心對象，因此：

• 速度極快（無核心模式切換開銷）
• 無句柄、無安全屬性、不可跨進程（僅限進程內線程）
• 適用於高頻、短暫的共享資源保護

API 級用法

var CS: TRTLCriticalSection; // 全域結構體變數

// 初始化 (程式啟動/表單建立時)
InitializeCriticalSection(CS);

// 進入臨界區 (獨佔)
EnterCriticalSection(CS);
try
  // 受保護的共享資源操作
finally
  LeaveCriticalSection(CS); // 離開臨界區
end;

// 刪除 (程式結束/表單銷毀時)
DeleteCriticalSection(CS);

注意：EnterCriticalSection 會無限等待；若需非阻塞嘗試，可用 TryEnterCriticalSection（立即返回 Boolean）。

完整範例：三條線程順序寫入 ListBox

unit Unit1;
interface
uses Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, StdCtrls;
type
  TForm1 = class(TForm)
    ListBox1: TListBox;
    Button1: TButton;
    procedure FormCreate(Sender: TObject);
    procedure FormDestroy(Sender: TObject);
    procedure Button1Click(Sender: TObject);
  end;
var Form1: TForm1;
implementation {$R *.dfm}
var CS: TRTLCriticalSection;

function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var i: Integer;
begin
  EnterCriticalSection(CS);
  try
    for i := 0 to 99 do
      Form1.ListBox1.Items.Add(IntToStr(i));
  finally
    LeaveCriticalSection(CS);
  end;
  Result := 0;
end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var ID: DWORD;
begin
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ID);
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ID);
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ID);
end;

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
  ListBox1.Align := alLeft;
  InitializeCriticalSection(CS);
end;

procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
  DeleteCriticalSection(CS);
end;
end.

執行效果

三組 0~99 依序完整輸出，無交織、無遺漏，證明臨界區成功序列化了 ListBox 存取。

SyncObjs.TCriticalSection 封裝類

Delphi SyncObjs 單元提供物件導向封裝，用法更直觀、自動管理生命週期：

uses SyncObjs;
var CS: TCriticalSection;

// 建立
CS := TCriticalSection.Create;

// 使用
CS.Enter;
try
  // 共享資源操作
finally
  CS.Leave;
end;

// 釋放
CS.Free;

內部同樣呼叫 InitializeCriticalSection/DeleteCriticalSection，效能極接近 API 直呼。

CriticalSection vs Mutex 對比

最佳實踐建議

• 儘量使用 CriticalSection：除非需要跨進程同步，否則它是首選。
• 關鍵區要短：只保護必要的共享存取，避免在關鍵區內呼叫耗時 API、Sleep、I/O。
• 配對 Enter/Leave：務必用 try...finally 確保釋放，防止死結。
• 避免巢狀鎖：若必須多鎖，嚴格遵守固定獲取順序，防止死結。
• 初始化/刪除時機：在所有線程啟動前初始化，所有線程結束後刪除。