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多線程同步機制：臨界區實戰測試與效能分析

編輯：關於VC++

引言

在多線程程式設計中，共享資源的存取同步是核心課題。本文透過具體測試案例，展示臨界區在保護檔案寫入操作時的同步效果，並分析同步與非同步模式下的資料完整性差異與效能代價。

測試場景設計

線程數量：10 個工作線程
共享資源：單一文字檔案 (1.txt)
操作內容：每個線程寫入 100 筆記錄，包含線程 ID、時間戳記，以雙虛線分隔
測試模式：分別執行「無同步」與「臨界區同步」兩組實驗

核心程式碼實現

線程安全檔案類別

class CMyFile {
public:
    CMyFile() { InitializeCriticalSection(&cs); }
    ~CMyFile() { DeleteCriticalSection(&cs); }

    void MsgLog(char* buffer, int length, int wait) {
        static int i = 0;
        CString seq;
        seq.Format("%d#", i++);

        if (m_bSync) EnterCriticalSection(&cs);

        fwrite("\n", 1, 1, fp);
        fwrite(seq + CString('-', 50), 52, 1, fp);
        fwrite("\n", 1, 1, fp);
        fwrite(buffer, length, 1, fp);
        Sleep(wait);  // 模擬處理延遲
        fwrite("\n", 1, 1, fp);
        fwrite(seq + CString('-', 50), 52, 1, fp);
        fflush(fp);

        if (m_bSync) LeaveCriticalSection(&cs);
    }

    bool OpenFile(CString filename, bool bSync) {
        m_bSync = bSync;
        fp = fopen(filename, "wt");
        return fp != NULL;
    }
    void CloseFile() { if (fp) fclose(fp); }

protected:
    CRITICAL_SECTION cs;
    FILE* fp = nullptr;
    CString m_filename;
    bool m_bSync = false;
};

線程函數與啟動邏輯

UINT ThreadFunc(LPVOID p) {
    CMyFile* file = (CMyFile*)p;
    long tid = AfxGetThread()->m_nThreadID;
    CString prefix;
    prefix.Format("thread %d", tid);

    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        CTime now = CTime::GetCurrentTime();
        CString log = now.Format("%y-%m-%d %H:%M:%S") + "--------->" + prefix;
        file->MsgLog(log.GetBuffer(), log.GetLength(), tid / 100);
    }
    return 1;
}

void CBDlg::OnButtonTest() {
    CMyFile file;
    file.OpenFile("1.txt", m_sync.GetCheck());  // 由 UI 決定是否同步

    CWinThread* threads[10];
    HANDLE handles[10];
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        threads[i] = AfxBeginThread(ThreadFunc, &file);
        Sleep(10);  // 錯開啟動時間
        handles[i] = threads[i]->m_hThread;
    }
    WaitForMultipleObjects(10, handles, TRUE, INFINITE);
    file.CloseFile();
    AfxMessageBox("ok");
}