您现在的位置：程式碼之家 >> 編程語言 > >> C語言 >> VC >> 關於VC++

MFC 線程同步：深入掌握臨界區的應用與實作

編輯：關於VC++

在多線程程式設計中，資料競爭是最常見也最棘手的問題。當多個線程同時存取共享資料時，若缺乏適當的同步機制，極易導致資料損毀或程式行為不可預期。臨界區是 Windows 提供的一種輕量級同步物件，專門用於保護單一進程內多線程對共享資源的獨佔存取。本文將詳細介紹 MFC 中 CCriticalSection 類的使用方法，並透過完整的程式碼範例示範如何建立線程安全的資料結構。

臨界區的核心概念

臨界區物件確保同一時間只有一個線程能進入受保護的程式碼區段。當線程嘗試進入已被佔用的臨界區時，會自動進入等待狀態，直到擁有權的線程釋放為止。與互斥量不同，臨界區無法跨進程使用，但效能更高、開銷更小，是單一進程內線程同步的首選方案。

MFC 中的 CCriticalSection 類

MFC 透過 CCriticalSection 類封裝了 Windows 臨界區 API。使用前需在標頭檔包含 afxmt.h。基本操作只有兩個核心方法：

Lock()：請求擁有權，若已被佔用則阻塞等待
Unlock()：釋放擁有權，喚醒等待中的線程

實作線程安全的資料陣列類別

以下範例展示如何將臨界區封裝於資料類別內部，對外提供線程安全的介面：

class CDataArray
{
private:
    int iArray[10];
    CCriticalSection CriticalSection;  // 內建同步物件

public:
    CDataArray() {}
    ~CDataArray() {}
    
    void SetData(int iValue);
    void GetDataArray(int aArray[10]);
};

// 寫入操作 - 完整鎖定保護
void CDataArray::SetData(int iValue)
{
    CriticalSection.Lock();
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        iArray[i] = iValue;
    CriticalSection.Unlock();
}

// 讀取操作 - 同樣需要鎖定保護
void CDataArray::GetDataArray(int aArray[10])
{
    CriticalSection.Lock();
    for (int i = 0; i < 10; i++)
        aArray[i] = iArray[i];
    CriticalSection.Unlock();
}

多線程讀寫測試範例

建立全域資料實例，並啟動兩個工作者線程分別進行寫入與讀取：

CDataArray DataArray;  // 共享資料實例

// 寫入線程：循環寫入 0-9，每次間隔 500ms
UINT Thread_WriteProc(LPVOID param)
{
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        DataArray.SetData(i);
        ::Sleep(500);
    }
    return 0;
}

// 讀取線程：循環讀取 20 次並顯示訊息框
UINT Thread_ReadProc(LPVOID param)
{
    int aArray[10];
    for (int i = 0; i < 20; i++)
    {
        DataArray.GetDataArray(aArray);
        char str[255] = {0};
        for (int j = 0; j < 10; j++)
        {
            int len = strlen(str);
            wsprintf(&str[len], "%d", aArray[j]);
        }
        ::MessageBox((HWND)param, str, "Thread Read Proc", MB_OK);
    }
    return 0;
}

// 啟動線程
HWND hWnd = GetSafeHwnd();
AfxBeginThread(Thread_WriteProc, hWnd);
AfxBeginThread(Thread_ReadProc, hWnd);

關鍵注意事項

鎖定範圍最小化：僅在存取共享資料的程式碼區段加鎖，避免在鎖定狀態下執行耗時操作（如 I/O、Sleep、MessageBox）
確保成對呼叫：每個 Lock() 必須對應一個 Unlock()，建議使用 RAII 包裝類（如 CSingleLock）防止因異常導致死鎖
避免巢狀鎖定：同一線程重複呼叫 Lock() 會導致死鎖，臨界區不支援遞迴鎖定