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執行緒與進程間通訊、同步機制全解析

編輯：關於VC++

多執行緒與多進程程式設計中，資料交換與同步控制是核心課題。本文系統整理 Windows 平台下的主流 IPC（進程間通訊）與同步原語，並提供 VC++ 與 .NET 兩套實作範例，供開發者快速查閱與選型。

一、通訊方式總覽

類別	機制	適用場景	跨進程
共享記憶體	全域變數 / `CreateFileMapping` + `MapViewOfFile`	高速、大量資料交換	是
核心物件	命名管道、匿名管道	父子進程、本機高可靠傳輸	是（命名管道）
訊息機制	視窗訊息 (`PostMessage`/`SendMessage`)	UI 執行緒通知、簡單命令傳遞	否（需相同桌面）
網路通訊	Socket (TCP/UDP)	跨機器、異構系統整合	是
參數傳遞	命令列參數、環境變數、`CreateThread` 的 `lpParameter`	啟動階段設定	部分

二、執行緒建立與終止

VC++ (Win32 API)

DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lParam);
HANDLE hThread = CreateThread(NULL, 0, ThreadProc, lParam, 0, &dwThreadId);
// 等待結束
WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);
CloseHandle(hThread);
// 取得退出碼
GetExitCodeThread(hThread, &exitCode);
// 強制終止（極不推薦）
TerminateThread(hThread, 0);

.NET (C#)

using System.Threading;
Thread th = new Thread(new ParameterizedThreadStart(ThreadProc));
th.IsBackground = true; // 主程式結束時自動終止
th.Start(lParam);
th.Join(); // 等待結束
th.Abort(); // 強制中止（慎用）

三、進程建立與管理

VC++

STARTUPINFO si = { sizeof(STARTUPINFO) };
PROCESS_INFORMATION pi;
BOOL bRet = CreateProcess(
    pFileName, pArgs, NULL, NULL, FALSE,
    0, pEnv, NULL, &si, &pi);
// 同步等待
WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
CloseHandle(pi.hProcess);
GetExitCodeProcess(pi.hProcess, &exitCode);

.NET

using System.Diagnostics;
Process p = new Process();
p.StartInfo.FileName = ...;
p.StartInfo.Arguments = ...;
p.Start();
p.WaitForExit();
int exitCode = p.ExitCode;
p.Kill(); // 強制終止

四、同步原語深度解析

1. 臨界區 - 輕量級、進程內

// VC++
CRITICAL_SECTION cs;
InitializeCriticalSection(&cs); // 或 InitializeCriticalSectionAndSpinCount(&cs, 2000)
EnterCriticalSection(&cs);
// ... 受保護區段 ...
LeaveCriticalSection(&cs);
DeleteCriticalSection(&cs);

// .NET
lock (syncObj) { ... }
// 或
Monitor.Enter(syncObj);
try { ... } finally { Monitor.Exit(syncObj); }

注意：跨進程需置於共享記憶體；優先使用 RAII 包裝類別防止忘記釋放。

2. 互斥體 - 核心物件、跨進程、可檢測遺棄

// VC++
HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, L"Global\\MyMutex"); // 命名互斥體
WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE); // 返回 WAIT_ABANDONED 表示前擁有者異常終止
ReleaseMutex(hMutex);
CloseHandle(hMutex);

// .NET
using System.Threading;
Mutex m = new Mutex(false, "Global\\MyMutex");
m.WaitOne();
m.ReleaseMutex();

3. 信號量 - 計數型、控制並發存取數

// VC++
HANDLE hSem = CreateSemaphore(NULL, 1, 5, L"Global\\MySem"); // 初始 1，最大 5
WaitForSingleObject(hSem, INFINITE); // 計數 -1
ReleaseSemaphore(hSem, 1, NULL); // 計數 +1

// .NET
Semaphore sem = new Semaphore(1, 5, "Global\\MySem");
sem.WaitOne();
sem.Release(1);

進程終止時信號量不會自動釋放，需謹慎設計。

4. 事件 - 訊號通知、自動/手動重設

// VC++ 事件控制執行緒迴圈（優於輪詢旗標）
HANDLE hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL); // 手動重設
// Worker
while (TRUE) {
    DWORD dw = WaitForSingleObject(hEvent, 1);
    if (dw == WAIT_OBJECT_0) break;
    DoWork();
}
// Stopper
SetEvent(hEvent);
WaitForSingleObject(hThread, INFINITE);