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多執行緒程式設計（四）：執行緒同步機制全解析

編輯：關於VC++

為何需要同步？

多執行緒共享進程資源（全域變數、檔案、裝置等），若無協調機制，會發生競爭條件：

兩執行緒同時寫入磁碟 → 數據損壞
一執行緒讀取資料庫時另一執行緒正更新中 → 讀到髒數據

MFC 提供四大同步物件，均衍生自 CSyncObject：

四大同步物件比較

類別	適用場景	跨進程	效能
CCriticalSection	單一進程內保護共享資源/代碼段	否	最高（核心模式切換少）
CMutex	跨進程互斥存取	是	較低（核心物件開銷大）
CEvent	執行緒間通知/等待特定條件	是	中等
CSemaphore	限制同時存取資源的執行緒數量	是	中等

A. CCriticalSection：輕量級互斥鎖

同一時間僅允許一執行緒進入臨界區。

// 全域宣告（確保各執行緒可見）
CCriticalSection g_cs;
char g_Array[10];

UINT WriteW(LPVOID pParam) {
    CEdit* pEdit = (CEdit*)pParam;
    pEdit->SetWindowText(_T(""));
    g_cs.Lock(); // 獲得鎖，若被佔用則阻塞等待
    for (int i=0; i<10; i++) {
        g_Array[i] = 'W';
        pEdit->SetWindowText(g_Array);
        Sleep(1000);
    }
    g_cs.Unlock(); // 釋放鎖
    return 0;
}

// WriteD 同理，將 'W' 改為 'D'

關鍵行為：執行緒 A 執行到 Lock() 時，若執行緒 B 正在臨界區內（已 Lock 尚未 Unlock），A 會阻塞等待直到 B 呼叫 Unlock()。

B. CEvent：訊號通知機制

類似「旗標」，一執行緒設定訊號，另一執行緒等待訊號。

// 全域事件物件，預設自動重置、無訊號狀態
CEvent g_eventWriteD;
char g_Array[10];

UINT WriteW(LPVOID pParam) {
    CEdit* pEdit = (CEdit*)pParam;
    pEdit->SetWindowText(_T(""));
    for (int i=0; i<10; i++) {
        g_Array[i] = 'W';
        pEdit->SetWindowText(g_Array);
        Sleep(1000);
    }
    g_eventWriteD.SetEvent(); // 發送訊號，喚醒等待執行緒
    return 0;
}

UINT WriteD(LPVOID pParam) {
    CEdit* pEdit = (CEdit*)pParam;
    pEdit->SetWindowText(_T(""));
    // 等待訊號，INFINITE 表示無限期等待
    WaitForSingleObject(g_eventWriteD.m_hObject, INFINITE);
    for (int i=0; i<10; i++) {
        g_Array[i] = 'D';
        pEdit->SetWindowText(g_Array);
        Sleep(1000);
    }
    return 0;
}

自動 vs 手動事件：

自動事件（預設）：SetEvent() 釋放**一個**等待執行緒後自動重置為無訊號
手動事件：SetEvent() 後保持有訊號，需呼叫 ResetEvent() 手動重置

C. CMutex：跨進程互斥鎖

用法與 CCriticalSection 類似（Lock()/Unlock()），但可跨進程使用。同進程內優先用 CCriticalSection 效能更好。

D. CSemaphore：資源計數器

控制同時存取資源的執行緒上限。建構時指定最大計數與初始可用計數。

// 最多 2 執行緒同時存取，初始可用 2
CSemaphore g_sem(2, 2);
char g_Array[10];

UINT WriteA(LPVOID pParam) {
    CEdit* pEdit = (CEdit*)pParam;
    pEdit->SetWindowText(_T(""));
    WaitForSingleObject(g_sem.m_hObject, INFINITE); // 計數 -1
    CString str;
    for (int i=0; i<10; i++) {
        pEdit->GetWindowText(str);
        g_Array[i] = 'A';
        str += g_Array[i];
        pEdit->SetWindowText(str);
        Sleep(1000);
    }
    ReleaseSemaphore(g_sem.m_hObject, 1, NULL); // 計數 +1
    return 0;
}
// WriteB, WriteC 同理

三個執行緒同時啟動時，只有兩個能進入迴圈，第三個會在 WaitForSingleObject 阻塞，直到前釋放信號量。