用户模式同步
Interlocked 系列函数
- 原理
- 通过
CPU原子指令（如LOCK XCHG）直接操作内存，无需进入内核态
- 通过
- 场景
- 简单计数器（如引用计数）
- 无锁数据结构（如无锁队列）
- 特点
- 性能极高（无内核切换）
- 仅支持单个变量的原子操作，无法实现复杂同步
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LONG __cdecl InterlockedIncrement(LONG volatile* Addend); // 原子加1 LONG __cdecl InterlockedDecrement(LONG volatile* Addend); // 原子减1 LONG __cdecl InterlockedExchange(LONG volatile* Target, LONG Value); // 原子赋值 LONG __cdecl InterlockedCompareExchange(LONG volatile* Dest, LONG Exch, LONG Comp); // CAS操作 |
临界区（Critical Section）
- 原理
- 进程内轻量级互斥锁，通过自旋（
Spin）减少内核切换
- 进程内轻量级互斥锁，通过自旋（
- 场景
- 同一进程内多线程对共享资源的互斥访问
- 高频、短时间持有的锁
- 限制
- 不能跨进程使用
- 不支持超时等待
API
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CRITICAL_SECTION cs; InitializeCriticalSection(&cs); // 初始化 EnterCriticalSection(&cs); // 加锁（可能自旋等待） LeaveCriticalSection(&cs); // 解锁 DeleteCriticalSection(&cs); // 销毁 |
- 高级选项
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// 初始化时设置自旋次数（减少内核切换） InitializeCriticalSectionAndSpinCount(&cs, 4000); |
内核对象同步（Kernel-Mode Synchronization）
信号量（Semaphore）
- 原理
- 内核对象，维护一个计数器，控制同时访问资源的线程数
- 场景
- 限制资源并发访问数（如数据库连接池）
- 跨进程资源池管理
- 特点
- 计数器范围：
0到创建时指定的最大值
- 计数器范围：
API
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HANDLE hSemaphore = CreateSemaphore(NULL, 5, 5, L"Global\\MySemaphore"); // 初始值=5，最大值=5 WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE); // 减少计数器（若为0则阻塞） ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, NULL); // 增加计数器（+1） |
互斥量（Mutex）
- 原理
- 内核对象，支持跨进程互斥访问，所有权机制（仅持有者能释放）
- 场景
- 跨进程资源保护（如共享内存、文件）
- 需要严格所有权的场景
- 特点
- 可跨进程：通过命名互斥量（如
Global\\前缀）实现 - 递归获取：同一线程可多次加锁（需对应次数释放）
- 可跨进程：通过命名互斥量（如
API
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HANDLE hMutex = CreateMutex(NULL, FALSE, L"Global\\MyMutex"); // 创建/打开命名互斥量 WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE); // 等待锁 ReleaseMutex(hMutex); // 释放锁 CloseHandle(hMutex); // 关闭句柄 |
事件（Event）
- 原理
- 内核对象，用于线程间通知（手动重置/自动重置）
- 场景
- 线程间单向通知（如生产者-消费者模型）
- 复杂同步逻辑（如多条件等待）
- 对比
- 手动重置：广播唤醒所有等待线程
- 自动重置：每次触发仅唤醒一个线程
API
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// 创建事件（手动重置：需显式ResetEvent） HANDLE hEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, L"MyEvent"); SetEvent(hEvent); // 触发事件（所有等待线程被唤醒） ResetEvent(hEvent); // 手动重置为未触发状态 // 自动重置事件（触发后仅唤醒一个线程） HANDLE hAutoEvent = CreateEvent(NULL, FALSE, FALSE, NULL); |
可等待计时器（Waitable Timer）
- 原理
- 内核对象，用于线程在指定时间或周期被唤醒
API
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HANDLE hTimer = CreateWaitableTimer(NULL, TRUE, L"MyTimer"); LARGE_INTEGER liDueTime; liDueTime.QuadPart = -10000000; // 1秒后触发（负值表示相对时间） SetWaitableTimer(hTimer, &liDueTime, 1000, NULL, NULL, FALSE); // 周期1秒 WaitForSingleObject(hTimer, INFINITE); // 等待触发 |
读写锁（Slim Reader-Writer Lock）
- 原理
- 允许多个读线程或单个写线程访问资源，优化读多写少场景
- 优点
- 用户模式实现，性能接近临界区
- 无递归支持，需避免重复加锁
- 场景
- 高频读取、低频写入的数据结构（如配置缓存）
API
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SRWLOCK srwLock; InitializeSRWLock(&srwLock); // 读模式加锁（共享） AcquireSRWLockShared(&srwLock); ReleaseSRWLockShared(&srwLock); // 写模式加锁（独占） AcquireSRWLockExclusive(&srwLock); ReleaseSRWLockExclusive(&srwLock); |
条件变量（Condition Variable）
- 原理
- 与临界区或读写锁配合，实现线程等待特定条件成立
- 场景
- 生产者-消费者模型（当队列空/满时阻塞）
- 复杂状态依赖的同步逻辑
API
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CONDITION_VARIABLE cv; InitializeConditionVariable(&cv); // 等待条件（需配合临界区） CRITICAL_SECTION cs; EnterCriticalSection(&cs); while (condition_not_met) { SleepConditionVariableCS(&cv, &cs, INFINITE); } LeaveCriticalSection(&cs); // 触发条件 WakeConditionVariable(&cv); // 唤醒一个等待线程 WakeAllConditionVariable(&cv); // 唤醒所有等待线程 |
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