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【轉(zhuǎn)帖】Delphi中的線程類 已有1人參與
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Delphi中的線程類--之（1） Delphi中的線程類--之（1） Raptor（原作） 關(guān)鍵字 Thread Event CriticalSection Synchronize Delphi中的線程類 猛禽[Mental Studio] http://mental.mentsu.com （ 之一） Delphi中有一個(gè)線程類TThread是用來(lái)實(shí)現(xiàn)多線程編程的，這個(gè)絕大多數(shù)Delphi書藉都有說(shuō)到，但基本上都是對(duì)TThread類的幾個(gè)成員作一簡(jiǎn)單介紹，再說(shuō)明一下Execute的實(shí)現(xiàn)和Synchronize的用法就完了。然而這并不是多線程編程的全部，我寫此文的目的在于對(duì)此作一個(gè)補(bǔ)充。 線程本質(zhì)上是進(jìn)程中一段并發(fā)運(yùn)行的代碼。一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程，即所謂的主線程。同時(shí)還可以有多個(gè)子線程。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程中用到超過(guò)一個(gè)線程時(shí)，就是所謂的“多線程”。 那么這個(gè)所謂的“一段代碼”是如何定義的呢？其實(shí)就是一個(gè)函數(shù)或過(guò)程（對(duì)Delphi而言）。 如果用Windows API來(lái)創(chuàng)建線程的話，是通過(guò)一個(gè)叫做CreateThread的API函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它的定義為： HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, DWORD dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId ); 其各參數(shù)如它們的名稱所說(shuō)，分別是：線程屬性（用于在NT下進(jìn)行線程的安全屬性設(shè)置，在9X下無(wú)效），堆棧大小，起始地址，參數(shù)，創(chuàng)建標(biāo)志（用于設(shè)置線程創(chuàng)建時(shí)的狀態(tài)），線程ID，最后返回線程Handle。其中的起始地址就是線程函數(shù)的入口，直至線程函數(shù)結(jié)束，線程也就結(jié)束了。 整個(gè)線程的執(zhí)行過(guò)程如下圖： 此主題相關(guān)圖片如下： 因?yàn)镃reateThread參數(shù)很多，而且是Windows的API，所以在C Runtime Library里提供了一個(gè)通用的線程函數(shù)（理論上可以在任何支持線程的OS中使用）： unsigned long _beginthread(void (_USERENTRY *__start)(void *), unsigned __stksize, void *__arg); Delphi也提供了一個(gè)相同功能的類似函數(shù)： function BeginThread(SecurityAttributes: Pointer; StackSize: LongWord; ThreadFunc: TThreadFunc; Parameter: Pointer; CreationFlags: LongWord; var ThreadId: LongWord): Integer; 這三個(gè)函數(shù)的功能是基本相同的，它們都是將線程函數(shù)中的代碼放到一個(gè)獨(dú)立的線程中執(zhí)行。線程函數(shù)與一般函數(shù)的最大不同在于，線程函數(shù)一啟動(dòng)，這三個(gè)線程啟動(dòng)函數(shù)就返回了，主線程繼續(xù)向下執(zhí)行，而線程函數(shù)在一個(gè)獨(dú)立的線程中執(zhí)行，它要執(zhí)行多久，什么時(shí)候返回，主線程是不管也不知道的。 正常情況下，線程函數(shù)返回后，線程就終止了。但也有其它方式： Windows API： VOID ExitThread( DWORD dwExitCode ); C Runtime Library： void _endthread(void); Delphi Runtime Library： procedure EndThread(ExitCode: Integer); 為了記錄一些必要的線程數(shù)據(jù)（狀態(tài)/屬性等），OS會(huì)為線程創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)部Object，如在Windows中那個(gè)Handle便是這個(gè)內(nèi)部Object的Handle，所以在線程結(jié)束的時(shí)候還應(yīng)該釋放這個(gè)Object。 雖然說(shuō)用API或RTL(Runtime Library)已經(jīng)可以很方便地進(jìn)行多線程編程了，但是還是需要進(jìn)行較多的細(xì)節(jié)處理，為此Delphi在Classes單元中對(duì)線程作了一個(gè)較好的封裝，這就是VCL的線程類：TThread 使用這個(gè)類也很簡(jiǎn)單，大多數(shù)的Delphi書籍都有說(shuō)，基本用法是：先從TThread派生一個(gè)自己的線程類（因?yàn)門Thread是一個(gè)抽象類，不能生成實(shí)例），然后是Override抽象方法：Execute（這就是線程函數(shù)，也就是在線程中執(zhí)行的代碼部分），如果需要用到可視VCL對(duì)象，還需要通過(guò)Synchronize過(guò)程進(jìn)行。關(guān)于之方面的具體細(xì)節(jié)，這里不再贅述，請(qǐng)參考相關(guān)書籍。 本文接下來(lái)要討論的是TThread類是如何對(duì)線程進(jìn)行封裝的，也就是深入研究一下TThread類的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橹皇钦嬲亓私饬怂鸥玫厥褂盟? 下面是DELPHI7中TThread類的聲明（本文只討論在Windows平臺(tái)下的實(shí)現(xiàn)，所以去掉了所有有關(guān)Linux平臺(tái)部分的代碼）： TThread = class private FHandle: THandle; FThreadID: THandle; FCreateSuspended: Boolean; FTerminated: Boolean; FSuspended: Boolean; FFreeOnTerminate: Boolean; FFinished: Boolean; FReturnValue: Integer; FOnTerminate: TNotifyEvent; FSynchronize: TSynchronizeRecord; FFatalException: TObject; procedure CallOnTerminate; class procedure Synchronize(ASyncRec: PSynchronizeRecord); overload; function GetPriority: TThreadPriority; procedure SetPriority(Value: TThreadPriority); procedure SetSuspended(Value: Boolean); protected procedure CheckThreadError(ErrCode: Integer); overload; procedure CheckThreadError(Success: Boolean); overload; procedure DoTerminate; virtual; procedure Execute; virtual; abstract; procedure Synchronize(Method: TThreadMethod); overload; property ReturnValue: Integer read FReturnValue write FReturnValue; property Terminated: Boolean read FTerminated; public constructor Create(CreateSuspended: Boolean); destructor Destroy; override; procedure AfterConstruction; override; procedure Resume; procedure Suspend; procedure Terminate; function WaitFor: LongWord; class procedure Synchronize(AThread: TThread; AMethod: TThreadMethod); overload; class procedure StaticSynchronize(AThread: TThread; AMethod: TThreadMethod); property FatalException: TObject read FFatalException; property FreeOnTerminate: Boolean read FFreeOnTerminate write FFreeOnTerminate; property Handle: THandle read FHandle; property Priority: TThreadPriority read GetPriority write SetPriority; property Suspended: Boolean read FSuspended write SetSuspended; property ThreadID: THandle read FThreadID; property OnTerminate: TNotifyEvent read FOnTerminate write FOnTerminate; end; TThread類在Delphi的RTL里算是比較簡(jiǎn)單的類，類成員也不多，類屬性都很簡(jiǎn)單明白，本文將只對(duì)幾個(gè)比較重要的類成員方法和唯一的事件：OnTerminate作詳細(xì)分析。 （待續(xù)） Delphi中的線程類--之（2） Delphi中的線程類--之（2） Raptor（原作） 關(guān)鍵字 Thread Event CriticalSection Synchronize Delphi中的線程類 猛禽[Mental Studio] http://mental.mentsu.com |
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之二 首先就是構(gòu)造函數(shù)： constructor TThread.Create(CreateSuspended: Boolean); begin inherited Create; AddThread; FSuspended := CreateSuspended; FCreateSuspended := CreateSuspended; FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID); if FHandle = 0 then raise EThread.CreateResFmt(@SThreadCreateError, [SysErrorMessage(GetLastError)]); end; 雖然這個(gè)構(gòu)造函數(shù)沒(méi)有多少代碼，但卻可以算是最重要的一個(gè)成員，因?yàn)榫�程就是在這里被創(chuàng)建的。 在通過(guò)Inherited調(diào)用TObject.Create后，第一句就是調(diào)用一個(gè)過(guò)程：AddThread，其源碼如下： procedure AddThread; begin InterlockedIncrement(ThreadCount); end; 同樣有一個(gè)對(duì)應(yīng)的RemoveThread： procedure RemoveThread; begin InterlockedDecrement(ThreadCount); end; 它們的功能很簡(jiǎn)單，就是通過(guò)增減一個(gè)全局變量來(lái)統(tǒng)計(jì)進(jìn)程中的線程數(shù)。只是這里用于增減變量的并不是常用的Inc/Dec過(guò)程，而是用了InterlockedIncrement/InterlockedDecrement這一對(duì)過(guò)程，它們實(shí)現(xiàn)的功能完全一樣，都是對(duì)變量加一或減一。但它們有一個(gè)最大的區(qū)別，那就是InterlockedIncrement/InterlockedDecrement是線程安全的。即它們?cè)诙嗑�程下能保證執(zhí)行結(jié)果正確，而Inc/Dec不能�；蛘甙床僮飨到y(tǒng)理論中的術(shù)語(yǔ)來(lái)說(shuō)，這是一對(duì)“原語(yǔ)”操作。 以加一為例來(lái)說(shuō)明二者實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)上的不同： 一般來(lái)說(shuō)，對(duì)內(nèi)存數(shù)據(jù)加一的操作分解以后有三個(gè)步驟： 1、 從內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù) 2、 數(shù)據(jù)加一 3、 存入內(nèi)存 現(xiàn)在假設(shè)在一個(gè)兩個(gè)線程的應(yīng)用中用Inc進(jìn)行加一操作可能出現(xiàn)的一種情況： 1、 線程A從內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)（假設(shè)為3） 2、 線程B從內(nèi)存中讀出數(shù)據(jù)（也是3） 3、 線程A對(duì)數(shù)據(jù)加一（現(xiàn)在是4） 4、 線程B對(duì)數(shù)據(jù)加一（現(xiàn)在也是4） 5、 線程A將數(shù)據(jù)存入內(nèi)存（現(xiàn)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是4） 6、 線程B也將數(shù)據(jù)存入內(nèi)存（現(xiàn)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)還是4，但兩個(gè)線程都對(duì)它加了一，應(yīng)該是5才對(duì)，所以這里出現(xiàn)了錯(cuò)誤的結(jié)果） 而用InterlockIncrement過(guò)程則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗^“原語(yǔ)”是一種不可中斷的操作，即操作系統(tǒng)能保證在一個(gè)“原語(yǔ)”執(zhí)行完畢前不會(huì)進(jìn)行線程切換。所以在上面那個(gè)例子中，只有當(dāng)線程A執(zhí)行完將數(shù)據(jù)存入內(nèi)存后，線程B才可以開(kāi)始從中取數(shù)并進(jìn)行加一操作，這樣就保證了即使是在多線程情況下，結(jié)果也一定會(huì)是正確的。 前面那個(gè)例子也說(shuō)明一種“線程訪問(wèn)沖突”的情況，這也就是為什么線程之間需要“同步”（Synchronize），關(guān)于這個(gè)，在后面說(shuō)到同步時(shí)還會(huì)再詳細(xì)討論。 說(shuō)到同步，有一個(gè)題外話：加拿大滑鐵盧大學(xué)的教授李明曾就Synchronize一詞在“線程同步”中被譯作“同步”提出過(guò)異議，個(gè)人認(rèn)為他說(shuō)的其實(shí)很有道理。在中文中“同步”的意思是“同時(shí)發(fā)生”，而“線程同步”目的就是避免這種“同時(shí)發(fā)生”的事情。而在英文中，Synchronize的意思有兩個(gè)：一個(gè)是傳統(tǒng)意義上的同步（To occur at the same time），另一個(gè)是“協(xié)調(diào)一致”（To operate in unison）。在“線程同步”中的Synchronize一詞應(yīng)該是指后面一種意思，即“保證多個(gè)線程在訪問(wèn)同一數(shù)據(jù)時(shí)，保持協(xié)調(diào)一致，避免出錯(cuò)”。不過(guò)像這樣譯得不準(zhǔn)的詞在IT業(yè)還有很多，既然已經(jīng)是約定俗成了，本文也將繼續(xù)沿用，只是在這里說(shuō)明一下，因?yàn)檐浖_(kāi)發(fā)是一項(xiàng)細(xì)致的工作，該弄清楚的，絕不能含糊。 扯遠(yuǎn)了，回到TThread的構(gòu)造函數(shù)上，接下來(lái)最重要就是這句了： FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID); 這里就用到了前面說(shuō)到的Delphi RTL函數(shù)BeginThread，它有很多參數(shù)，關(guān)鍵的是第三、四兩個(gè)參數(shù)。第三個(gè)參數(shù)就是前面說(shuō)到的線程函數(shù)，即在線程中執(zhí)行的代碼部分。第四個(gè)參數(shù)則是傳遞給線程函數(shù)的參數(shù)，在這里就是創(chuàng)建的線程對(duì)象（即Self）。其它的參數(shù)中，第五個(gè)是用于設(shè)置線程在創(chuàng)建后即掛起，不立即執(zhí)行（啟動(dòng)線程的工作是在AfterConstruction中根據(jù)CreateSuspended標(biāo)志來(lái)決定的），第六個(gè)是返回線程ID。 現(xiàn)在來(lái)看TThread的核心：線程函數(shù)ThreadProc。有意思的是這個(gè)線程類的核心卻不是線程的成員，而是一個(gè)全局函數(shù)（因?yàn)锽eginThread過(guò)程的參數(shù)約定只能用全局函數(shù)）。下面是它的代碼： function ThreadProc(Thread: TThread): Integer; var FreeThread: Boolean; begin try if not Thread.Terminated then try Thread.Execute; except Thread.FFatalException := AcquireExceptionObject; end; finally FreeThread := Thread.FFreeOnTerminate; Result := Thread.FReturnValue; Thread.DoTerminate; Thread.FFinished := True; SignalSyncEvent; if FreeThread then Thread.Free; EndThread(Result); end; end; 雖然也沒(méi)有多少代碼，但卻是整個(gè)TThread中最重要的部分，因?yàn)檫@段代碼是真正在線程中執(zhí)行的代碼。下面對(duì)代碼作逐行說(shuō)明： 首先判斷線程類的Terminated標(biāo)志，如果未被標(biāo)志為終止，則調(diào)用線程類的Execute方法執(zhí)行線程代碼，因?yàn)門Thread是抽象類，Execute方法是抽象方法，所以本質(zhì)上是執(zhí)行派生類中的Execute代碼。 所以說(shuō)，Execute就是線程類中的線程函數(shù)，所有在Execute中的代碼都需要當(dāng)作線程代碼來(lái)考慮，如防止訪問(wèn)沖突等。 如果Execute發(fā)生異常，則通過(guò)AcquireExceptionObject取得異常對(duì)象，并存入線程類的FFatalException成員中。 最后是線程結(jié)束前做的一些收尾工作。局部變量FreeThread記錄了線程類的FreeOnTerminated屬性的設(shè)置，然后將線程返回值設(shè)置為線程類的返回值屬性的值。然后執(zhí)行線程類的DoTerminate方法。 DoTerminate方法的代碼如下： procedure TThread.DoTerminate; begin if Assigned(FOnTerminate) then Synchronize(CallOnTerminate); end; 很簡(jiǎn)單，就是通過(guò)Synchronize來(lái)調(diào)用CallOnTerminate方法，而CallOnTerminate方法的代碼如下，就是簡(jiǎn)單地調(diào)用OnTerminate事件： procedure TThread.CallOnTerminate; begin if Assigned(FOnTerminate) then FOnTerminate(Self); end; 因?yàn)镺nTerminate事件是在Synchronize中執(zhí)行的，所以本質(zhì)上它并不是線程代碼，而是主線程代碼（具體見(jiàn)后面對(duì)Synchronize的分析）。 執(zhí)行完OnTerminate后，將線程類的FFinished標(biāo)志設(shè)置為True。 接下來(lái)執(zhí)行SignalSyncEvent過(guò)程，其代碼如下： procedure SignalSyncEvent; begin SetEvent(SyncEvent); end; 也很簡(jiǎn)單，就是設(shè)置一下一個(gè)全局Event：SyncEvent，關(guān)于Event的使用，本文將在后文詳述，而SyncEvent的用途將在WaitFor過(guò)程中說(shuō)明。 然后根據(jù)FreeThread中保存的FreeOnTerminate設(shè)置決定是否釋放線程類，在線程類釋放時(shí)，還有一些些操作，詳見(jiàn)接下來(lái)的析構(gòu)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。 最后調(diào)用EndThread結(jié)束線程，返回線程返回值。 至此，線程完全結(jié)束。 （待續(xù)） Delphi中的線程類--之（3） Delphi中的線程類--之（3） Raptor（原作） 關(guān)鍵字 Thread Event CriticalSection Synchronize Delphi中的線程類 猛禽[Mental Studio] http://mental.mentsu.com 之三 說(shuō)完構(gòu)造函數(shù)，再來(lái)看析構(gòu)函數(shù)： destructor TThread.Destroy; begin if (FThreadID <> 0) and not FFinished then begin Terminate; if FCreateSuspended then Resume; WaitFor; end; if FHandle <> 0 then CloseHandle(FHandle); inherited Destroy; FFatalException.Free; RemoveThread; end; 在線程對(duì)象被釋放前，首先要檢查線程是否還在執(zhí)行中，如果線程還在執(zhí)行中（線程ID不為0，并且線程結(jié)束標(biāo)志未設(shè)置），則調(diào)用Terminate過(guò)程結(jié)束線程。Terminate過(guò)程只是簡(jiǎn)單地設(shè)置線程類的Terminated標(biāo)志，如下面的代碼： procedure TThread.Terminate; begin FTerminated := True; end; 所以線程仍然必須繼續(xù)執(zhí)行到正常結(jié)束后才行，而不是立即終止線程，這一點(diǎn)要注意。 在這里說(shuō)一點(diǎn)題外話：很多人都問(wèn)過(guò)我，如何才能“立即”終止線程（當(dāng)然是指用TThread創(chuàng)建的線程）。結(jié)果當(dāng)然是不行！終止線程的唯一辦法就是讓Execute方法執(zhí)行完畢，所以一般來(lái)說(shuō)，要讓你的線程能夠盡快終止，必須在Execute方法中在較短的時(shí)間內(nèi)不斷地檢查Terminated標(biāo)志，以便能及時(shí)地退出。這是設(shè)計(jì)線程代碼的一個(gè)很重要的原則！ 當(dāng)然如果你一定要能“立即”退出線程，那么TThread類不是一個(gè)好的選擇，因?yàn)槿绻肁PI強(qiáng)制終止線程的話，最終會(huì)導(dǎo)致TThread線程對(duì)象不能被正確釋放，在對(duì)象析構(gòu)時(shí)出現(xiàn)Access Violation。這種情況你只能用API或RTL函數(shù)來(lái)創(chuàng)建線程。 如果線程處于啟動(dòng)掛起狀態(tài)，則將線程轉(zhuǎn)入運(yùn)行狀態(tài)，然后調(diào)用WaitFor進(jìn)行等待，其功能就是等待到線程結(jié)束后才繼續(xù)向下執(zhí)行。關(guān)于WaitFor的實(shí)現(xiàn)，將放到后面說(shuō)明。 線程結(jié)束后，關(guān)閉線程Handle（正常線程創(chuàng)建的情況下Handle都是存在的），釋放操作系統(tǒng)創(chuàng)建的線程對(duì)象。 然后調(diào)用TObject.Destroy釋放本對(duì)象，并釋放已經(jīng)捕獲的異常對(duì)象，最后調(diào)用RemoveThread減小進(jìn)程的線程數(shù)。 其它關(guān)于Suspend/Resume及線程優(yōu)先級(jí)設(shè)置等方面，不是本文的重點(diǎn)，不再贅述。下面要討論的是本文的另兩個(gè)重點(diǎn)：Synchronize和WaitFor。 但是在介紹這兩個(gè)函數(shù)之前，需要先介紹另外兩個(gè)線程同步技術(shù)：事件和臨界區(qū)。 事件（Event）與Delphi中的事件有所不同。從本質(zhì)上說(shuō)，Event其實(shí)相當(dāng)于一個(gè)全局的布爾變量。它有兩個(gè)賦值操作：Set和Reset，相當(dāng)于把它設(shè)置為True或False。而檢查它的值是通過(guò)WaitFor操作進(jìn)行。對(duì)應(yīng)在Windows平臺(tái)上，是三個(gè)API函數(shù)：SetEvent、ResetEvent、WaitForSingleObject（實(shí)現(xiàn)WaitFor功能的API還有幾個(gè)，這是最簡(jiǎn)單的一個(gè)）。 這三個(gè)都是原語(yǔ)，所以Event可以實(shí)現(xiàn)一般布爾變量不能實(shí)現(xiàn)的在多線程中的應(yīng)用。Set和Reset的功能前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，現(xiàn)在來(lái)說(shuō)一下WaitFor的功能： WaitFor的功能是檢查Event的狀態(tài)是否是Set狀態(tài)（相當(dāng)于True），如果是則立即返回，如果不是，則等待它變?yōu)镾et狀態(tài)，在等待期間，調(diào)用WaitFor的線程處于掛起狀態(tài)。另外WaitFor有一個(gè)參數(shù)用于超時(shí)設(shè)置，如果此參數(shù)為0，則不等待，立即返回Event的狀態(tài)，如果是INFINITE則無(wú)限等待，直到Set狀態(tài)發(fā)生，若是一個(gè)有限的數(shù)值，則等待相應(yīng)的毫秒數(shù)后返回Event的狀態(tài)。 當(dāng)Event從Reset狀態(tài)向Set狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，喚醒其它由于WaitFor這個(gè)Event而掛起的線程，這就是它為什么叫Event的原因。所謂“事件”就是指“狀態(tài)的轉(zhuǎn)換”。通過(guò)Event可以在線程間傳遞這種“狀態(tài)轉(zhuǎn)換”信息。 當(dāng)然用一個(gè)受保護(hù)（見(jiàn)下面的臨界區(qū)介紹）的布爾變量也能實(shí)現(xiàn)類似的功能，只要用一個(gè)循環(huán)檢查此布爾值的代碼來(lái)代替WaitFor即可。從功能上說(shuō)完全沒(méi)有問(wèn)題，但實(shí)際使用中就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這樣的等待會(huì)占用大量的CPU資源，降低系統(tǒng)性能，影響到別的線程的執(zhí)行速度，所以是不經(jīng)濟(jì)的，有的時(shí)候甚至可能會(huì)有問(wèn)題。所以不建議這樣用。 （待續(xù)） Delphi中的線程類--之（4） Delphi中的線程類--之（4） Raptor（原作） 關(guān)鍵字 Thread Event CriticalSection Synchronize Delphi中的線程類 猛禽[Mental Studio] http://mental.mentsu.com 之四 臨界區(qū)（CriticalSection）則是一項(xiàng)共享數(shù)據(jù)訪問(wèn)保護(hù)的技術(shù)。它其實(shí)也是相當(dāng)于一個(gè)全局的布爾變量。但對(duì)它的操作有所不同，它只有兩個(gè)操作：Enter和Leave，同樣可以把它的兩個(gè)狀態(tài)當(dāng)作True和False，分別表示現(xiàn)在是否處于臨界區(qū)中。這兩個(gè)操作也是原語(yǔ)，所以它可以用于在多線程應(yīng)用中保護(hù)共享數(shù)據(jù)，防止訪問(wèn)沖突。 用臨界區(qū)保護(hù)共享數(shù)據(jù)的方法很簡(jiǎn)單：在每次要訪問(wèn)共享數(shù)據(jù)之前調(diào)用Enter設(shè)置進(jìn)入臨界區(qū)標(biāo)志，然后再操作數(shù)據(jù)，最后調(diào)用Leave離開(kāi)臨界區(qū)。它的保護(hù)原理是這樣的：當(dāng)一個(gè)線程進(jìn)入臨界區(qū)后，如果此時(shí)另一個(gè)線程也要訪問(wèn)這個(gè)數(shù)據(jù)，則它會(huì)在調(diào)用Enter時(shí)，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有線程進(jìn)入臨界區(qū)，然后此線程就會(huì)被掛起，等待當(dāng)前在臨界區(qū)的線程調(diào)用Leave離開(kāi)臨界區(qū)，當(dāng)另一個(gè)線程完成操作，調(diào)用Leave離開(kāi)后，此線程就會(huì)被喚醒，并設(shè)置臨界區(qū)標(biāo)志，開(kāi)始操作數(shù)據(jù)，這樣就防止了訪問(wèn)沖突。 |
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以前面那個(gè)InterlockedIncrement為例，我們用CriticalSection（Windows API）來(lái)實(shí)現(xiàn)它： Var InterlockedCrit : TRTLCriticalSection; Procedure InterlockedIncrement( var aValue : Integer ); Begin EnterCriticalSection( InterlockedCrit ); Inc( aValue ); LeaveCriticalSection( InterlockedCrit ); End; 現(xiàn)在再來(lái)看前面那個(gè)例子： 1. 線程A進(jìn)入臨界區(qū)（假設(shè)數(shù)據(jù)為3） 2. 線程B進(jìn)入臨界區(qū)，因?yàn)锳已經(jīng)在臨界區(qū)中，所以B被掛起 3. 線程A對(duì)數(shù)據(jù)加一（現(xiàn)在是4） 4. 線程A離開(kāi)臨界區(qū)，喚醒線程B（現(xiàn)在內(nèi)存中的數(shù)據(jù)是4） 5. 線程B被喚醒，對(duì)數(shù)據(jù)加一（現(xiàn)在就是5了） 6. 線程B離開(kāi)臨界區(qū)，現(xiàn)在的數(shù)據(jù)就是正確的了。 臨界區(qū)就是這樣保護(hù)共享數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。 關(guān)于臨界區(qū)的使用，有一點(diǎn)要注意：即數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)的異常情況處理。因?yàn)槿绻跀?shù)據(jù)操作時(shí)發(fā)生異常，將導(dǎo)致Leave操作沒(méi)有被執(zhí)行，結(jié)果將使本應(yīng)被喚醒的線程未被喚醒，可能造成程序的沒(méi)有響應(yīng)。所以一般來(lái)說(shuō)，如下面這樣使用臨界區(qū)才是正確的做法： EnterCriticalSection Try // 操作臨界區(qū)數(shù)據(jù) Finally LeaveCriticalSection End; 最后要說(shuō)明的是，Event和CriticalSection都是操作系統(tǒng)資源，使用前都需要?jiǎng)?chuàng)建，使用完后也同樣需要釋放。如TThread類用到的一個(gè)全局Event：SyncEvent和全局CriticalSection：TheadLock，都是在InitThreadSynchronization和DoneThreadSynchronization中進(jìn)行創(chuàng)建和釋放的，而它們則是在Classes單元的Initialization和Finalization中被調(diào)用的。 由于在TThread中都是用API來(lái)操作Event和CriticalSection的，所以前面都是以API為例，其實(shí)Delphi已經(jīng)提供了對(duì)它們的封裝，在SyncObjs單元中，分別是TEvent類和TCriticalSection類。用法也與前面用API的方法相差無(wú)幾。因?yàn)門Event的構(gòu)造函數(shù)參數(shù)過(guò)多，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，Delphi還提供了一個(gè)用默認(rèn)參數(shù)初始化的Event類：TSimpleEvent。 順便再介紹一下另一個(gè)用于線程同步的類：TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer，它是在SysUtils單元中定義的。據(jù)我所知，這是Delphi RTL中定義的最長(zhǎng)的一個(gè)類名，還好它有一個(gè)短的別名：TMREWSync。至于它的用處，我想光看名字就可以知道了，我也就不多說(shuō)了。 有了前面對(duì)Event和CriticalSection的準(zhǔn)備知識(shí)，可以正式開(kāi)始討論Synchronize和WaitFor了。 我們知道，Synchronize是通過(guò)將部分代碼放到主線程中執(zhí)行來(lái)實(shí)現(xiàn)線程同步的，因?yàn)樵谝粋�(gè)進(jìn)程中，只有一個(gè)主線程。先來(lái)看看Synchronize的實(shí)現(xiàn)： procedure TThread.Synchronize(Method: TThreadMethod); begin FSynchronize.FThread := Self; FSynchronize.FSynchronizeException := nil; FSynchronize.FMethod := Method; Synchronize(@FSynchronize); end; 其中FSynchronize是一個(gè)記錄類型： PSynchronizeRecord = ^TSynchronizeRecord; TSynchronizeRecord = record FThread: TObject; FMethod: TThreadMethod; FSynchronizeException: TObject; end; 用于進(jìn)行線程和主線程之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，包括傳入線程類對(duì)象，同步方法及發(fā)生的異常。 在Synchronize中調(diào)用了它的一個(gè)重載版本，而且這個(gè)重載版本比較特別，它是一個(gè)“類方法”。所謂類方法，是一種特殊的類成員方法，它的調(diào)用并不需要?jiǎng)?chuàng)建類實(shí)例，而是像構(gòu)造函數(shù)那樣，通過(guò)類名調(diào)用。之所以會(huì)用類方法來(lái)實(shí)現(xiàn)它，是因?yàn)闉榱丝梢栽诰�程對(duì)象沒(méi)有創(chuàng)建時(shí)也能調(diào)用它。不過(guò)實(shí)際中是用它的另一個(gè)重載版本（也是類方法）和另一個(gè)類方法StaticSynchronize。下面是這個(gè)Synchronize的代碼： class procedure TThread.Synchronize(ASyncRec: PSynchronizeRecord); var SyncProc: TSyncProc; begin if GetCurrentThreadID = MainThreadID then ASyncRec.FMethod else begin SyncProc.Signal := CreateEvent(nil, True, False, nil); try EnterCriticalSection(ThreadLock); try if SyncList = nil then SyncList := TList.Create; SyncProc.SyncRec := ASyncRec; SyncList.Add(@SyncProc); SignalSyncEvent; if Assigned(WakeMainThread) then WakeMainThread(SyncProc.SyncRec.FThread); LeaveCriticalSection(ThreadLock); try WaitForSingleObject(SyncProc.Signal, INFINITE); finally EnterCriticalSection(ThreadLock); end; finally LeaveCriticalSection(ThreadLock); end; finally CloseHandle(SyncProc.Signal); end; if Assigned(ASyncRec.FSynchronizeException) then raise ASyncRec.FSynchronizeException; end; end; 這段代碼略多一些，不過(guò)也不算太復(fù)雜。 首先是判斷當(dāng)前線程是否是主線程，如果是，則簡(jiǎn)單地執(zhí)行同步方法后返回。 如果不是主線程，則準(zhǔn)備開(kāi)始同步過(guò)程。 通過(guò)局部變量SyncProc記錄線程交換數(shù)據(jù)（參數(shù)）和一個(gè)Event Handle，其記錄結(jié)構(gòu)如下： TSyncProc = record SyncRec: PSynchronizeRecord; Signal: THandle; end; 然后創(chuàng)建一個(gè)Event，接著進(jìn)入臨界區(qū)（通過(guò)全局變量ThreadLock進(jìn)行，因?yàn)橥瑫r(shí)只能有一個(gè)線程進(jìn)入Synchronize狀態(tài)，所以可以用全局變量記錄），然后就是把這個(gè)記錄數(shù)據(jù)存入SyncList這個(gè)列表中（如果這個(gè)列表不存在的話，則創(chuàng)建它）。可見(jiàn)ThreadLock這個(gè)臨界區(qū)就是為了保護(hù)對(duì)SyncList的訪問(wèn)，這一點(diǎn)在后面介紹CheckSynchronize時(shí)會(huì)再次看到。 再接下就是調(diào)用SignalSyncEvent，其代碼在前面介紹TThread的構(gòu)造函數(shù)時(shí)已經(jīng)介紹過(guò)了，它的功能就是簡(jiǎn)單地將SyncEvent作一個(gè)Set的操作。關(guān)于這個(gè)SyncEvent的用途，將在后面介紹WaitFor時(shí)再詳述。 接下來(lái)就是最主要的部分了：調(diào)用WakeMainThread事件進(jìn)行同步操作。WakeMainThread是一個(gè)TNotifyEvent類型的全局事件。這里之所以要用事件進(jìn)行處理，是因?yàn)镾ynchronize方法本質(zhì)上是通過(guò)消息，將需要同步的過(guò)程放到主線程中執(zhí)行，如果在一些沒(méi)有消息循環(huán)的應(yīng)用中（如Console或DLL）是無(wú)法使用的，所以要使用這個(gè)事件進(jìn)行處理。 而響應(yīng)這個(gè)事件的是Application對(duì)象，下面兩個(gè)方法分別用于設(shè)置和清空WakeMainThread事件的響應(yīng)（來(lái)自Forms單元）： procedure TApplication.HookSynchronizeWakeup; begin Classes.WakeMainThread := WakeMainThread; end; procedure TApplication.UnhookSynchronizeWakeup; begin Classes.WakeMainThread := nil; end; 上面兩個(gè)方法分別是在TApplication類的構(gòu)造函數(shù)和析構(gòu)函數(shù)中被調(diào)用。 這就是在Application對(duì)象中WakeMainThread事件響應(yīng)的代碼，消息就是在這里被發(fā)出的，它利用了一個(gè)空消息來(lái)實(shí)現(xiàn)： procedure TApplication.WakeMainThread(Sender: TObject); begin PostMessage(Handle, WM_NULL, 0, 0); end; 而這個(gè)消息的響應(yīng)也是在Application對(duì)象中，見(jiàn)下面的代碼（刪除無(wú)關(guān)的部分）： procedure TApplication.WndProc(var Message: TMessage); … begin try … with Message do case Msg of … WM_NULL: CheckSynchronize; … except HandleException(Self); end; end; 其中的CheckSynchronize也是定義在Classes單元中的，由于它比較復(fù)雜，暫時(shí)不詳細(xì)說(shuō)明，只要知道它是具體處理Synchronize功能的部分就好，現(xiàn)在繼續(xù)分析Synchronize的代碼。 在執(zhí)行完WakeMainThread事件后，就退出臨界區(qū)，然后調(diào)用WaitForSingleObject開(kāi)始等待在進(jìn)入臨界區(qū)前創(chuàng)建的那個(gè)Event。這個(gè)Event的功能是等待這個(gè)同步方法的執(zhí)行結(jié)束，關(guān)于這點(diǎn)，在后面分析CheckSynchronize時(shí)會(huì)再說(shuō)明。 注意在WaitForSingleObject之后又重新進(jìn)入臨界區(qū)，但沒(méi)有做任何事就退出了，似乎沒(méi)有意義，但這是必須的！ 因?yàn)榕R界區(qū)的Enter和Leave必須嚴(yán)格的一一對(duì)應(yīng)。那么是否可以改成這樣呢： if Assigned(WakeMainThread) then WakeMainThread(SyncProc.SyncRec.FThread); WaitForSingleObject(SyncProc.Signal, INFINITE); finally LeaveCriticalSection(ThreadLock); end; 上面的代碼和原來(lái)的代碼最大的區(qū)別在于把WaitForSingleObject也納入臨界區(qū)的限制中了。看上去沒(méi)什么影響，還使代碼大大簡(jiǎn)化了，但真的可以嗎？ 事實(shí)上是不行！ 因?yàn)槲覀冎�，在Enter臨界區(qū)后，如果別的線程要再進(jìn)入，則會(huì)被掛起。而WaitFor方法則會(huì)掛起當(dāng)前線程，直到等待別的線程SetEvent后才會(huì)被喚醒。如果改成上面那樣的代碼的話，如果那個(gè)SetEvent的線程也需要進(jìn)入臨界區(qū)的話，死鎖（Deadlock）就發(fā)生了（關(guān)于死鎖的理論，請(qǐng)自行參考操作系統(tǒng)原理方面的資料）。 死鎖是線程同步中最需要注意的方面之一！ 最后釋放開(kāi)始時(shí)創(chuàng)建的Event，如果被同步的方法返回異常的話，還會(huì)在這里再次拋出異常。 |
3樓2010-12-02 15:51:40
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（待續(xù)） Delphi中的線程類--之（5，大結(jié)局） Delphi中的線程類--之（5，大結(jié)局） Raptor（原作） 關(guān)鍵字 Thread Event CriticalSection Synchronize Delphi中的線程類 猛禽[Mental Studio] http://mental.mentsu.com 之五（大結(jié)局） 回到前面CheckSynchronize，見(jiàn)下面的代碼： function CheckSynchronize(Timeout: Integer = 0): Boolean; var SyncProc: PSyncProc; LocalSyncList: TList; begin if GetCurrentThreadID <> MainThreadID then raise EThread.CreateResFmt(@SCheckSynchronizeError, [GetCurrentThreadID]); if Timeout > 0 then WaitForSyncEvent(Timeout) else ResetSyncEvent; LocalSyncList := nil; EnterCriticalSection(ThreadLock); try Integer(LocalSyncList) := InterlockedExchange(Integer(SyncList), Integer(LocalSyncList)); try Result := (LocalSyncList <> nil) and (LocalSyncList.Count > 0); if Result then begin while LocalSyncList.Count > 0 do begin SyncProc := LocalSyncList[0]; LocalSyncList.Delete(0); LeaveCriticalSection(ThreadLock); try try SyncProc.SyncRec.FMethod; except SyncProc.SyncRec.FSynchronizeException := AcquireExceptionObject; end; finally EnterCriticalSection(ThreadLock); end; SetEvent(SyncProc.signal); end; end; finally LocalSyncList.Free; end; finally LeaveCriticalSection(ThreadLock); end; end; 首先，這個(gè)方法必須在主線程中被調(diào)用（如前面通過(guò)消息傳遞到主線程），否則就拋出異常。 接下來(lái)調(diào)用ResetSyncEvent（它與前面SetSyncEvent對(duì)應(yīng)的，之所以不考慮WaitForSyncEvent的情況，是因?yàn)橹挥性贚inux版下才會(huì)調(diào)用帶參數(shù)的CheckSynchronize，Windows版下都是調(diào)用默認(rèn)參數(shù)0的CheckSynchronize）。 現(xiàn)在可以看出SyncList的用途了：它是用于記錄所有未被執(zhí)行的同步方法的。因?yàn)橹骶�程只有一個(gè)，而子線程可能有很多個(gè)，當(dāng)多個(gè)子線程同時(shí)調(diào)用同步方法時(shí)，主線程可能一時(shí)無(wú)法處理，所以需要一個(gè)列表來(lái)記錄它們。 在這里用一個(gè)局部變量LocalSyncList來(lái)交換SyncList，這里用的也是一個(gè)原語(yǔ)：InterlockedExchange。同樣，這里也是用臨界區(qū)將對(duì)SyncList的訪問(wèn)保護(hù)起來(lái)。 只要LocalSyncList不為空，則通過(guò)一個(gè)循環(huán)來(lái)依次處理累積的所有同步方法調(diào)用。最后把處理完的LocalSyncList釋放掉，退出臨界區(qū)。 再來(lái)看對(duì)同步方法的處理：首先是從列表中移出（取出并從列表中刪除）第一個(gè)同步方法調(diào)用數(shù)據(jù)。然后退出臨界區(qū)（原因當(dāng)然也是為了防止死鎖）。 接著就是真正的調(diào)用同步方法了。 如果同步方法中出現(xiàn)異常，將被捕獲后存入同步方法數(shù)據(jù)記錄中。 重新進(jìn)入臨界區(qū)后，調(diào)用SetEvent通知調(diào)用線程，同步方法執(zhí)行完成了（詳見(jiàn)前面Synchronize中的WaitForSingleObject調(diào)用）。 至此，整個(gè)Synchronize的實(shí)現(xiàn)介紹完成。 最后來(lái)說(shuō)一下WaitFor，它的功能就是等待線程執(zhí)行結(jié)束。其代碼如下： function TThread.WaitFor: LongWord; var H: array[0..1] of THandle; WaitResult: Cardinal; Msg: TMsg; begin H[0] := FHandle; if GetCurrentThreadID = MainThreadID then begin WaitResult := 0; H[1] := SyncEvent; repeat { This prevents a potential deadlock if the background thread does a SendMessage to the foreground thread } if WaitResult = WAIT_OBJECT_0 + 2 then PeekMessage(Msg, 0, 0, 0, PM_NOREMOVE); WaitResult := MsgWaitForMultipleObjects(2, H, False, 1000, QS_SENDMESSAGE); CheckThreadError(WaitResult <> WAIT_FAILED); if WaitResult = WAIT_OBJECT_0 + 1 then CheckSynchronize; until WaitResult = WAIT_OBJECT_0; end else WaitForSingleObject(H[0], INFINITE); CheckThreadError(GetExitCodeThread(H[0], Result)); end; 如果不是在主線程中執(zhí)行WaitFor的話，很簡(jiǎn)單，只要調(diào)用WaitForSingleObject等待此線程的Handle為Signaled狀態(tài)即可。 如果是在主線程中執(zhí)行WaitFor則比較麻煩。首先要在Handle數(shù)組中增加一個(gè)SyncEvent，然后循環(huán)等待，直到線程結(jié)束（即MsgWaitForMultipleObjects返回WAIT_OBJECT_0，詳見(jiàn)MSDN中關(guān)于此API的說(shuō)明）。 在循環(huán)等待中作如下處理：如果有消息發(fā)生，則通過(guò)PeekMessage取出此消息（但并不把它從消息循環(huán)中移除），然后調(diào)用MsgWaitForMultipleObjects來(lái)等待線程Handle或SyncEvent出現(xiàn)Signaled狀態(tài)，同時(shí)監(jiān)聽(tīng)消息（QS_SENDMESSAGE參數(shù)，詳見(jiàn)MSDN中關(guān)于此API的說(shuō)明）�？梢园汛薃PI當(dāng)作一個(gè)可以同時(shí)等待多個(gè)Handle的WaitForSingleObject。如果是SyncEvent被SetEvent（返回WAIT_OBJECT_0 + 1），則調(diào)用CheckSynchronize處理同步方法。 為什么在主線程中調(diào)用WaitFor必須用MsgWaitForMultipleObjects，而不能用WaitForSingleObject等待線程結(jié)束呢？因?yàn)榉乐顾梨i。由于在線程函數(shù)Execute中可能調(diào)用Synchronize處理同步方法，而同步方法是在主線程中執(zhí)行的，如果用WaitForSingleObject等待的話，則主線程在這里被掛起，同步方法無(wú)法執(zhí)行，導(dǎo)致線程也被掛起，于是發(fā)生死鎖。 而改用WaitForMultipleObjects則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。首先，它的第三個(gè)參數(shù)為False，表示只要線程Handle或SyncEvent中只要有一個(gè)Signaled即可使主線程被喚醒，至于加上QS_SENDMESSAGE是因?yàn)镾ynchronize是通過(guò)消息傳到主線程來(lái)的，所以還要防止消息被阻塞。這樣，當(dāng)線程中調(diào)用Synchronize時(shí)，主線程就會(huì)被喚醒并處理同步調(diào)用，在調(diào)用完成后繼續(xù)進(jìn)入掛起等待狀態(tài)，直到線程結(jié)束。 至此，對(duì)線程類TThread的分析可以告一個(gè)段落了，對(duì)前面的分析作一個(gè)總結(jié)： 1、 線程類的線程必須按正常的方式結(jié)束，即Execute執(zhí)行結(jié)束，所以在其中的代碼中必須在適當(dāng)?shù)牡胤郊尤胱銐蚨嗟膶?duì)Terminated標(biāo)志的判斷，并及時(shí)退出。如果必須要“立即”退出，則不能使用線程類，而要改用API或RTL函數(shù)。 2、 對(duì)可視VCL的訪問(wèn)要放在Synchronize中，通過(guò)消息傳遞到主線程中，由主線程處理。 3、 線程共享數(shù)據(jù)的訪問(wèn)應(yīng)該用臨界區(qū)進(jìn)行保護(hù)（當(dāng)然用Synchronize也行）。 4、 線程通信可以采用Event進(jìn)行（當(dāng)然也可以用Suspend/Resume）。 5、 當(dāng)在多線程應(yīng)用中使用多種線程同步方式時(shí)，一定要小心防止出現(xiàn)死鎖。 6、 等待線程結(jié)束要用WaitFor方法。 |
4樓2010-12-02 15:52:01
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