C++关于临界区CCriticalSection的线程同步 网狐框架示例

今天早上在gitbook上翻译了msdn文档里的Critical Section Objects，渣渣翻译。

1. 临界区

1.1临界区是什么

临界区与互斥量、事件、信号一样，都提供了一种同步机制。临界区在同一时间内仅能被一个线程所拥有，这对于保护共享资源不被并发访问非常有用。但是它只能在单进程中使用，无法跨进程共享。

1.1.1什么是同步，什么是异步？

同步和异步关注的是消息通信机制
以下的理解来自于知乎（愚抄 严肃 陈硕）
下面用两个例子来解释同步和异步：

• 当你用水壶烧一壶水，此时有两种水壶，一种是烧开不会响笛的水壶A，另一种是烧开会响笛的水壶B。
  当你使用水壶A烧水的时候，你需要自己来看看水有没有烧开，这就是同步。
  当你使用水壶B烧水的时候，水烧开了它自动就会通知你，这就是异步。

• 你打电话给书店老板，问有没有《C++ primer》这本书。
  在同步机制里，老板会说“稍等，我找找”，然后就开始查找，等查好了就告诉你结果（返回结果）。
  在异步机制里，老板会说“我去找一下，查到了再打电话给你”，然后直接挂掉电话（不返回结果），查好了他就主动打电话给你（相当于回调函数）。

需要注意的一个重点：在处理IO的时候，阻塞与非阻塞都是同步IO

同步与异步

1.2 如何使用临界区

当该临界区对象被某个线程占用时，另一个线程想要访问该对象，线程就会进入休眠状态，直到临界区对象被释放，才会唤醒该线程。

因为唤醒线程需要时间，所以现在为了避免性能降低。在另一个线程访问对象且该对象已被占用的时候，设置一个循环访问次数，在这个次数内不断循环访问临界区对象，如果该对象被释放，这个线程就不会进入休眠。如果该对象在循环次数内依旧没有释放，线程就会进入线程。

2. CCriticalSection（临界区）同步对象

2.1 关于CCriticalSection

CCriticalSection是MFC提供的一种同步对象。它是一个用于同步的对象，同一时刻只允许一个线程存取资源或代码区。

2.2 CCriticalSection的用法

1. 定义一个CCriticalSection类的全局对象，因为是全局对象，那么各个线程均可以访问。
2. 在访问需要保护的资源或代码之前，调用CCriticalSection类的成员Lock（）获得临界区对象。
   在线程中调用该函数来使线程获得它所请求的临界区，如果此时没有其他线程占用临界区对象，则调用Lock()，线程获取临界区。否则，线程被挂起，并放入到一个系统队列中等待，直到当前拥有的线程释放了临界区为止。
3. 访问临界区结束后，使用Unlock()来释放临界区。

2.3 CCriticalSection在网狐框架中的使用

1. 它为CCriticalSection专门定义了一个新类CWHDataLocker，其中增加了锁定计数这个字段，在使用临界区的时候，不单单是锁定临界区，还会将锁定计数+1，在解锁的时候，会将锁定计数-1

//变量定义
private:
    INT                             m_nLockCount;                   //锁定计数
    CCriticalSection &              m_CriticalSection;              //锁定对象


//构造函数
CWHDataLocker::CWHDataLocker(CCriticalSection & CriticalSection, bool bLockAtOnce) 
    : m_CriticalSection(CriticalSection)
{
    //设置变量
    m_nLockCount=0;

    //锁定对象
    if (bLockAtOnce==true)
    {
        Lock();
    }

    return;
}

//析构函数
CWHDataLocker::~CWHDataLocker()
{
    //解除锁定
    while (m_nLockCount>0)
    {
        UnLock();
    }

    return;
}

//锁定函数
VOID CWHDataLocker::Lock()
{
    //锁定对象
    m_CriticalSection.Lock();

    //设置变量
    m_nLockCount++;

    return;
}

//解锁函数
VOID CWHDataLocker::UnLock()
{
    //效验状态
    ASSERT(m_nLockCount>0);
    if (m_nLockCount==0) return;

    //设置变量
    m_nLockCount--;

    //解除锁定
    m_CriticalSection.Unlock();

    return;
}

2. 在队列服务中，我们可以看到该类的使用，在队列中加入数据或者提取数据都使用了临界区。因为临界区在函数中实例化，所以在函数结束后会自动调用CWHDataLocker的析构函数解除临界区的锁定

//加入数据
bool  CQueueService::AddToQueue(WORD wIdentifier,void *const pBuffer, WORD wDataSize)
{
    CWHDataLocker lock(m_CriticalSection);//
    m_DataQueue.InsertData(wIdentifier, pBuffer, wDataSize);
    PostQueuedCompletionStatus(m_hCompletionPort, wDataSize, (ULONG_PTR)this, NULL);
    return true;
}

//提取数据
bool CQueueService::GetData(tagDataHead & DataHead, void * pBuffer, WORD wBufferSize)
{
    CWHDataLocker lock(m_CriticalSection);//
    return m_DataQueue.DistillData(DataHead, pBuffer, wBufferSize);
}

3. 网狐框架中大量使用了临界区：登录服务器、游戏服务器、定时器引擎、队列服务TCP引擎、异步引擎等等