多线程编程(12) - 多线程同步之 Semaphore (信号对象)

之前已经有了两种多线程的同步方法:
CriticalSection(临界区) 和 Mutex(互斥), 这两种同步方法差不多, 只是作用域不同;
CriticalSection(临界区) 类似于只有一个蹲位的公共厕所, 只能一个个地进;
Mutex(互斥) 对象类似于接力赛中的接力棒, 某一时刻只能一个人持有, 谁拿着谁跑.

什么是 Semaphore(信号或叫信号量)呢?
譬如到银行办业务、或者到车站买票, 原来只有一个服务员, 不管有多少人排队等候, 业务只能一个个地来.
假如增加了业务窗口, 可以同时受理几个业务呢?
这就类似与 Semaphore 对象, Semaphore 可以同时处理等待函数(如: WaitForSingleObject)申请的几个线程.

Semaphore 的工作思路如下:
1、首先要通过 CreateSemaphore(安全设置, 初始信号数, 信号总数, 信号名称) 建立信号对象;
参数四: 和 Mutex 一样, 它可以有个名称, 也可以没有, 本例就没有要名称(nil); 有名称的一般用于跨进程.
参数三: 信号总数, 是 Semaphore 最大处理能力, 就像银行一共有多少个业务窗口一样;
参数二: 初始信号数, 这就像银行的业务窗口很多, 但打开了几个可不一定, 如果没打开和没有一样;
参数一: 安全设置和前面一样, 使用默认(nil)即可.

2、要接受 Semaphore 服务(或叫协调)的线程, 同样需要用等待函数(如: WaitForSingleObject)排队等候;

3、当一个线程使用完一个信号, 应该用 ReleaseSemaphore(信号句柄, 1, nil) 让出可用信号给其他线程;
参数三: 一般是 nil, 如果给个数字指针, 可以接受到此时(之前)总共闲置多少个信号;
参数二: 一般是 1, 表示增加一个可用信号;
如果要增加 CreateSemaphore 时的初始信号, 也可以通过 ReleaseSemaphore.

4、最后, 作为系统内核对象, 要用 CloseHandle 关闭.

另外, 在 Semaphore 的总数是 1 的情况下, 就和 Mutex(互斥) 一样了.

在本例中, 每点击按钮, 将建立一个信号总数为 5 的信号对象, 初始信号来自 Edit1; 同时有 5 个线程去排队.
本例也附上了 Delphi 中 TSemaphore 类的例子, 但没有过多地纠缠于细节, 是为了尽快理出多线程的整体思路.

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本例效果图:

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代码文件:

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unit Unit1;



interface



uses

  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

  Dialogs, StdCtrls;



type

  TForm1 = class(TForm)

    Button1: TButton;

    Edit1: TEdit;

    procedure Button1Click(Sender: TObject);

    procedure FormCreate(Sender: TObject);

    procedure FormDestroy(Sender: TObject);

    procedure Edit1KeyPress(Sender: TObject; var Key: Char);

  end;



var

  Form1: TForm1;



implementation



{$R *.dfm}



var

  f: Integer;          {用这个变量协调一下各线程输出的位置}

  hSemaphore: THandle; {信号对象的句柄}



function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;

var

  i,y: Integer;

begin

  Inc(f);

  y := 20 * f;

  if WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE) = WAIT_OBJECT_0 then

  begin

    for i := 0 to 1000 do

    begin

      Form1.Canvas.Lock;

      Form1.Canvas.TextOut(20, y, IntToStr(i));

      Form1.Canvas.Unlock;

      Sleep(1); {以免 Canvas 忙不过来}

    end;

  end;

  ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, nil);

  Result := 0;

end;



procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var

  ThreadID: DWORD;

begin

  {不知是不是之前创建过 Semaphore 对象, 假如有先关闭}

  CloseHandle(hSemaphore);

  {创建 Semaphore 对象}

  hSemaphore := CreateSemaphore(nil, StrToInt(Edit1.Text), 5, nil);



  Self.Repaint;

  f := 0;

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

end;



{让 Edit 只接受 1 2 3 4 5 五个数}

procedure TForm1.Edit1KeyPress(Sender: TObject; var Key: Char);

begin

  if not CharInSet(Key, ['1'..'5']) then Key := #0;

end;



procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

begin

  Edit1.Text := '1';

end;



procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);

begin

  CloseHandle(hSemaphore);

end;



end.


 
   

窗体文件:

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object Form1: TForm1

  Left = 0

  Top = 0

  Caption = 'Form1'

  ClientHeight = 140

  ClientWidth = 192

  Color = clBtnFace

  Font.Charset = DEFAULT_CHARSET

  Font.Color = clWindowText

  Font.Height = -11

  Font.Name = 'Tahoma'

  Font.Style = []

  OldCreateOrder = False

  OnCreate = FormCreate

  PixelsPerInch = 96

  TextHeight = 13

  object Button1: TButton

    Left = 109

    Top = 107

    Width = 75

    Height = 25

    Caption = 'Button1'

    TabOrder = 0

    OnClick = Button1Click

  end

  object Edit1: TEdit

    Left = 109

    Top = 80

    Width = 75

    Height = 21

    TabOrder = 1

    Text = 'Edit1'

    OnKeyPress = Edit1KeyPress

  end

end


 
   

再用 SyncObjs 单元下的 TSemaphore 类实现一次, 使用方法差不多, 运行效果也一样:

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unit Unit1;



interface



uses

  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,

  Dialogs, StdCtrls;



type

  TForm1 = class(TForm)

    Button1: TButton;

    Edit1: TEdit;

    procedure Button1Click(Sender: TObject);

    procedure FormCreate(Sender: TObject);

    procedure FormDestroy(Sender: TObject);

    procedure Edit1KeyPress(Sender: TObject; var Key: Char);

  end;



var

  Form1: TForm1;



implementation



{$R *.dfm}



uses SyncObjs;

var

  f: Integer;

  MySemaphore: TSemaphore;



function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;

var

  i,y: Integer;

begin

  Inc(f);

  y := 20 * f;

  if MySemaphore.WaitFor(INFINITE) = wrSignaled then

  begin

    for i := 0 to 1000 do

    begin

      Form1.Canvas.Lock;

      Form1.Canvas.TextOut(20, y, IntToStr(i));

      Form1.Canvas.Unlock;

      Sleep(1);

    end;

  end;

  MySemaphore.Release;

  Result := 0;

end;



procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

var

  ThreadID: DWORD;

begin

  if Assigned(MySemaphore) then MySemaphore.Free;

  MySemaphore := TSemaphore.Create(nil, StrToInt(Edit1.Text), 5, '');



  Self.Repaint;

  f := 0;

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID);

end;



{让 Edit 只接受 1 2 3 4 5 五个数}

procedure TForm1.Edit1KeyPress(Sender: TObject; var Key: Char);

begin

  if not CharInSet(Key, ['1'..'5']) then Key := #0;

end;



procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);

begin

  Edit1.Text := '1';

end;



procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);

begin

  if Assigned(MySemaphore) then MySemaphore.Free;

end;



end.