Синхронизация потоков
Добавить новый поток в программу несложно — намного сложнее организовать его выполнение и завершение, поэтому многие функции многопоточных API предназначены именно для синхронизации потоков. В этом разделе мы кратко рассмотрим такие средства синхронизации.
Потоки координируются с помощью событий (events), которые передают информацию о состоянии одного или нескольких потоков. Событие может быть установленным (signaled) или сброшенным (unsignaled). Конкретный смысл событий может быть разным, но обычно они сигнализируют о блокировке потока.
Блокировку потока можно представить себе в виде цикла, непрерывно опрашивающего некоторую логическую переменную. Цикл продолжается до тех пор, пока переменная не примет значение TRUE. С технической точки зрения это не совсем точно, потому что заблокированный поток не производит активных опросов события. Вместо этого он приостанавливается, а система удаляет его из списка активных потоков. Лишь после того как блокирующее событие перейдет в установленное состояние, выполнение потока возобновляется. Соответственно заблокированный поток почти не расходует процессорного времени.
Блокировка потоков чаще всего используется для защиты совместных ресурсов от одновременного доступа со стороны нескольких потоков. Мутекс (mutex, сокращение от mutually exclusive, то есть «взаимоисключающий») представляет собой объект, который может в любой момент времени принадлежать лишь одному потоку, гарантируя безопасность доступа к связанному с ним ресурсу. Когда мутекс принадлежит некоторому потоку, все остальные потоки, пытающиеся получить его в свое распоряжение, блокируются до освобождения мутекса.
Критические секции (critical section), как и мутексы, используются для предотвращения одновременного доступа к ресурсу со стороны нескольких потоков. Однако если мутекс может синхронизировать межпроцессные потоки, критическая секция ограничивается потоками одного процесса. Ограничение компенсируется скоростью — критическая секция работает быстрее, чем мутекс.
Семафоры (semaphore) тоже могут применяться для ограничения доступа к ресурсам, но в отличие от мутексов или критических секций семафор разрешает одновременный доступ со стороны нескольких потоков. Максимальное количество потоков, одновременно получающих доступ к ресурсу, определяется при создании семафора. Затем доступ предоставляется всем потокам до тех пор, пока их количество не достигнет заданного предела. Все остальные потоки, желающие получить доступ, блокируются до тех пор, пока один или несколько потоков не прекратят работу с ресурсом.
