多線程編程(12) - 多線程同步之Semaphore(信號對象)

之前已經有了兩種多線程的同步方法:

CriticalSection(臨界區) 和 Mutex(互斥), 這兩種同步方法差不多, 只是作用域不同;

CriticalSection(臨界區) 類似於只有一個蹲位的公共廁所, 只能一個個地進;

Mutex(互斥) 對象類似於接力賽中的接力棒, 某一時刻只能一個人持有, 誰拿著誰跑.

什麼是 Semaphore(信號或叫信號量)呢?

譬如到銀行辦業務、或者到車站買票, 原來只有一個服務員, 不管有多少人排隊等候, 業務只能一個個地來.

假如增加了業務窗口, 可以同時受理幾個業務呢?

這就類似與 Semaphore 對象, Semaphore 可以同時處理等待函數(如: WaitForSingleObject)申請的幾個線程.

Semaphore 的工作思路如下:

1、首先要通過 CreateSemaphore(安全設置, 初始信號數, 信號總數, 信號名稱) 建立信號對象;

參數四: 和 Mutex 一樣, 它可以有個名稱, 也可以沒有, 本例就沒有要名稱(nil); 有名稱的一般用於跨進程.

參數三: 信號總數, 是 Semaphore 最大處理能力, 就像銀行一共有多少個業務窗口一樣;

參數二: 初始信號數, 這就像銀行的業務窗口很多, 但打開了幾個可不一定, 如果沒打開和沒有一樣;

參數一: 安全設置和前面一樣, 使用默認(nil)即可.

2、要接受 Semaphore 服務(或叫協調)的線程, 同樣需要用等待函數(如: WaitForSingleObject)排隊等候;

3、當一個線程使用完一個信號, 應該用 ReleaseSemaphore(信號句柄, 1, nil) 讓出可用信號給其他線程;

參數三: 一般是 nil, 如果給個數字指針, 可以接受到此時(之前)總共閒置多少個信號;

參數二: 一般是 1, 表示增加一個可用信號;

如果要增加 CreateSemaphore 時的初始信號, 也可以通過 ReleaseSemaphore.

4、最後, 作為系統內核對象, 要用 CloseHandle 關閉.

另外, 在 Semaphore 的總數是 1 的情況下, 就和 Mutex(互斥) 一樣了.

在本例中, 每點擊按鈕, 將建立一個信號總數為 5 的信號對象, 初始信號來自 Edit1; 同時有 5 個線程去排隊.

本例也附上了 Delphi 中 TSemaphore 類的例子, 但沒有過多地糾纏於細節, 是為了盡快理出多線程的整體思路.

本例效果圖:

代碼文件: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;　　　　　{用這個變量協調一下各線程輸出的位置}
　hSemaphore: THandle; {信號對象的句柄}
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 忙不過來}
　　end;
　end;
　ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, nil);
　Result := 0;
end;
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
　ThreadID: DWORD;
begin
　{不知是不是之前創建過 Semaphore 對象, 假如有先關閉}
　CloseHandle(hSemaphore);
　{創建 Semaphore 對象}
　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;
{讓 Edit 只接受 1 2 3 4 5 五個數}
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.

窗體文件: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 單元下的 TSemaphore 類實現一次, 使用方法差不多, 運行效果也一樣: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;
{讓 Edit 只接受 1 2 3 4 5 五個數}
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.