Delphi中的線程類 |
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conundrum
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http://www.kehui.org/aread.php?aid=20802 http://www.kehui.org/aread.php?aid=20798 Delphi中的線程類--之(1) ( 之一) Delphi中有一個線程類TThread是用來實現多線程編程的,這個絕大多數Delphi書藉都有說到,但基本 上都是對TThread類的幾個成員作一簡單介紹,再說明一下Execute的實現和Synchronize的用法就完 了。然而這並不是多線程編程的全部,我寫此文的目的在於對此作一個補充。 線程本質上是進程中一段併發運行的代碼。一個進程至少有一個線程,即所謂的主線程。同時還可以有 多個子線程。當一個進程中用到超過一個線程時,就是所謂的“多線程”。 那麼這個所謂的“一段代碼”是如何定義的呢?其實就是一個函數或過程(對Delphi而言)。 如果用Windows API來創建線程的話,是通過一個叫做CreateThread的API函數來實現的,它的定義為: HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, DWORD dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId ); 其各參數如它們的名稱所說,分別是:線程屬性(用於在NT下進行線程的安全屬性設置,在9X下無 效),堆疊大小,起始位址,參數,創建標誌(用於設置線程創建時的狀態),線程ID,最後返回線程 Handle。其中的起始位址就是線程函數的入口,直至線程函數結束,線程也就結束了。 整個線程的執行過程如下圖: 因為CreateThread參數很多,而且是Windows的API,所以在C Runtime Library裏提供了一個通用的線 程函數(理論上可以在任何支援線程的OS中使用): unsigned long _beginthread(void (_USERENTRY *__start)(void *), unsigned __stksize, void *__arg); Delphi也提供了一個相同功能的類似函數: function BeginThread(SecurityAttributes: Pointer; StackSize: LongWord; ThreadFunc: TThreadFunc; Parameter: Pointer; CreationFlags: LongWord; var ThreadId: LongWord): Integer; 這三個函數的功能是基本相同的,它們都是將線程函數中的代碼放到一個獨立的線程中執行。線程函數 與一般函數的最大不同在於,線程函數一啟動,這三個線程啟動函數就返回了,主線程繼續向下執行, 而線程函數在一個獨立的線程中執行,它要執行多久,什麼時候返回,主線程是不管也不知道的。 正常情況下,線程函數返回後,線程就終止了。但也有其他方式: 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資料(狀態/屬性等),OS會為線程創建一個內部Object,如在Windows中那 個Handle便是這個內部Object的Handle,所以線上程結束的時候還應該釋放這個Object。 雖然說用API或RTL(Runtime Library)已經可以很方便地進行多線程編程了,但是還是需要進行較多的 細節處理,為此Delphi在Classes單元中對線程作了一個較好的封裝,這就是VCL的線程類:TThread 使用這個類也很簡單,大多數的Delphi書籍都有說,基本用法是:先從TThread派生一個自己的線程類 (因為TThread是一個抽象類,不能生成實例),然後是Override抽象方法:Execute(這就是線程函數, 也就是線上程中執行的代碼部分),如果需要用到可視VCL物件,還需要通過Synchronize過程進行。 關於之方面的具體細節,這裏不再贅述,請參考相關書籍。 本文接下來要討論的是TThread類是如何對線程進行封裝的,也就是深入研究一下TThread類的實現。 因為只是真正地瞭解了它,才更好地使用它。 下面是DELPHI7中TThread類的聲明(本文只討論在Windows平臺下的實現,所以去掉了所有有關Linux 平臺部分的代碼): 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裏算是比較簡單的類,類成員也不多,類屬性都很簡單明白,本文將只對幾 個比較重要的類成員方法和唯一的事件:OnTerminate作詳細分析。 http://www.kehui.org/aread.php?aid=20799 Delphi中的線程類--之(2) 之二 首先就是構造函數: 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; 雖然這個構造函數沒有多少代碼,但卻可以算是最重要的一個成員,因為線程就是在這裏被創建的。 在通過Inherited調用TObject.Create後,第一句就是調用一個過程:AddThread,其源碼如下: procedure AddThread; begin InterlockedIncrement(ThreadCount); end; 同樣有一個對應的RemoveThread: procedure RemoveThread; begin InterlockedDecrement(ThreadCount); end; 它們的功能很簡單,就是通過增減一個總體變數來統計進程中的線程數。只是這裏用於增減變數的並不 是常用的Inc/Dec過程,而是用了InterlockedIncrement/InterlockedDecrement這一對過程,它們實現的功 能完全一樣,都是對變數加一或減一。但它們有一個最大的區別,那就是 InterlockedIncrement/InterlockedDecrement是線程安全的。即它們在多線程下能保證執行結果正確,而 Inc/Dec不能。或者按作業系統理論中的術語來說,這是一對“原語”操作。 以加一為例來說明二者實現細節上的不同: 一般來說,對記憶體資料加一的操作分解以後有三個步驟: 1、 從記憶體中讀出資料 2、 數據加一 3、 存入記憶體 現在假設在一個兩個線程的應用中用Inc進行加一操作可能出現的一種情況: 1、 線程A從記憶體中讀出資料(假設為3) 2、 線程B從記憶體中讀出資料(也是3) 3、 線程A對資料加一(現在是4) 4、 線程B對資料加一(現在也是4) 5、 線程A將資料存入記憶體(現在記憶體中的資料是4) 6、 線程B也將資料存入記憶體(現在記憶體中的資料還是4,但兩個線程都對它加了一,應該是5 才對,所以這裏出現了錯誤的結果) 而用InterlockIncrement過程則沒有這個問題,因為所謂“原語”是一種不可中斷的操作,即作業系統能 保證在一個“原語”執行完畢前不會進行線程切換。所以在上面那個例子中,只有當線程A執行完將資 料存入記憶體後,線程B才可以開始從中取數並進行加一操作,這樣就保證了即使是在多線程情況下, 結果也一定會是正確的。 前面那個例子也說明一種“線程訪問衝突”的情況,這也就是為什麼線程之間需要“同步” (Synchronize),關於這個,在後面說到同步時還會再詳細討論。 說到同步,有一個題外話:加拿大滑鐵盧大學的教授李明曾就Synchronize一詞在“線程同步”中被譯 作“同步”提出過異議,個人認為他說的其實很有道理。在中文中“同步”的意思是“同時發生”,而 “線程同步”目的就是避免這種“同時發生”的事情。而在英文中,Synchronize的意思有兩個:一個是 傳統意義上的同步(To occur at the same time),另一個是“協調一致”(To operate in unison)。在“線 程同步”中的Synchronize一詞應該是指後面一種意思,即“保證多個線程在訪問同一資料時,保持協 調一致,避免出錯”。不過像這樣譯得不准的詞在IT業還有很多,既然已經是約定俗成了,本文也將 繼續沿用,只是在這裏說明一下,因為軟體發展是一項細緻的工作,該弄清楚的,絕不能含糊。 扯遠了,回到TThread的構造函數上,接下來最重要就是這句了: FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID); 這裏就用到了前面說到的Delphi RTL函數BeginThread,它有很多參數,關鍵的是第三、四兩個參數。 第三個參數就是前面說到的線程函數,即線上程中執行的代碼部分。第四個參數則是傳遞給線程函數的 參數,在這裏就是創建的線程物件(即Self)。其他的參數中,第五個是用於設置線程在創建後即掛起, 不立即執行(啟動線程的工作是在AfterConstruction中根據CreateSuspended標誌來決定的),第六個是 返回線程ID。 現在來看TThread的核心:線程函數ThreadProc。有意思的是這個線程類的核心卻不是線程的成員,而 是一個全局函數(因為BeginThread過程的參數約定只能用全局函數)。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; 雖然也沒有多少代碼,但卻是整個TThread中最重要的部分,因為這段代碼是真正線上程中執行的代碼。 下面對代碼作逐行說明: 首先判斷線程類的Terminated標誌,如果未被標誌為終止,則調用線程類的Execute方法執行線程代碼, 因為TThread是抽象類,Execute方法是抽象方法,所以本質上是執行派生類中的Execute代碼。 所以說,Execute就是線程類中的線程函數,所有在Execute中的代碼都需要當作線程代碼來考慮,如防 止訪問衝突等。 如果Execute發生異常,則通過AcquireExceptionObject取得異常物件,並存入線程類的FFatalException 成員中。 最後是線程結束前做的一些收尾工作。局部變數FreeThread記錄了線程類的FreeOnTerminated屬性的設 置,然後將線程返回值設置為線程類的返回值屬性的值。然後執行線程類的DoTerminate方法。 DoTerminate方法的代碼如下: procedure TThread.DoTerminate; begin if Assigned(FOnTerminate) then Synchronize(CallOnTerminate); end; 很簡單,就是通過Synchronize來調用CallOnTerminate方法,而CallOnTerminate方法的代碼如下,就是 簡單地調用OnTerminate事件: procedure TThread.CallOnTerminate; begin if Assigned(FOnTerminate) then FOnTerminate(Self); end; 因為OnTerminate事件是在Synchronize中執行的,所以本質上它並不是線程代碼,而是主線程代碼(具 體見後面對Synchronize的分析)。 執行完OnTerminate後,將線程類的FFinished標誌設置為True。 接下來執行SignalSyncEvent過程,其代碼如下: procedure SignalSyncEvent; begin SetEvent(SyncEvent); end; 也很簡單,就是設置一下一個全局Event:SyncEvent,關於Event的使用,本文將在後文詳述,而SyncEvent 的用途將在WaitFor過程中說明。 然後根據FreeThread中保存的FreeOnTerminate設置決定是否釋放線程類,線上程類釋放時,還有一些 些操作,詳見接下來的析構函數實現。 最後調用EndThread結束線程,返回線程返回值。 至此,線程完全結束。 http://www.kehui.org/aread.php?aid=20800 Delphi中的線程類--之(3) 之三 說完構造函數,再來看析構函數: 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; 線上程物件被釋放前,首先要檢查線程是否還在執行中,如果線程還在執行中(線程ID不為0,並且線 程結束標誌未設置),則調用Terminate過程結束線程。Terminate過程只是簡單地設置線程類的Terminated 標誌,如下面的代碼: procedure TThread.Terminate; begin FTerminated := True; end; 所以線程仍然必須繼續執行到正常結束後才行,而不是立即終止線程,這一點要注意。 在這裏說一點題外話:很多人都問過我,如何才能“立即”終止線程(當然是指用TThread創建的線程)。 結果當然是不行!終止線程的唯一辦法就是讓Execute方法執行完畢,所以一般來說,要讓你的線程能 夠儘快終止,必須在Execute方法中在較短的時間內不斷地檢查Terminated標誌,以便能及時地退出。 這是設計線程代碼的一個很重要的原則! 當然如果你一定要能“立即”退出線程,那麼TThread類不是一個好的選擇,因為如果用API強制終止 線程的話,最終會導致TThread線程物件不能被正確釋放,在物件析構時出現Access Violation。這種情 況你只能用API或RTL函數來創建線程。 如果線程處於啟動掛起狀態,則將線程轉入運行狀態,然後調用WaitFor進行等待,其功能就是等待到 線程結束後才繼續向下執行。關於WaitFor的實現,將放到後面說明。 線程結束後,關閉線程Handle(正常線程創建的情況下Handle都是存在的),釋放作業系統創建的線程 物件。 然後調用TObject.Destroy釋放本物件,並釋放已經捕獲的異常物件,最後調用RemoveThread減小進程 的線程數。 其他關於Suspend/Resume及線程優先順序設置等方面,不是本文的重點,不再贅述。下面要討論的是 本文的另兩個重點:Synchronize和WaitFor。 但是在介紹這兩個函數之前,需要先介紹另外兩個線程同步技術:事件和臨界區。 事件(Event)與Delphi中的事件有所不同。從本質上說,Event其實相當於一個全局的布林變數。它有 兩個賦值操作:Set和Reset,相當於把它設置為True或False。而檢查它的值是通過WaitFor操作進行。 對應在Windows平臺上,是三個API函數:SetEvent、ResetEvent、WaitForSingleObject(實現WaitFor 功能的API還有幾個,這是最簡單的一個)。 這三個都是原語,所以Event可以實現一般布林變數不能實現的在多線程中的應用。Set和Reset的功能 前面已經說過了,現在來說一下WaitFor的功能: WaitFor的功能是檢查Event的狀態是否是Set狀態(相當於True),如果是則立即返回,如果不是,則 等待它變為Set狀態,在等待期間,調用WaitFor的線程處於掛起狀態。另外WaitFor有一個參數用於超 時設置,如果此參數為0,則不等待,立即返回Event的狀態,如果是INFINITE則無限等待,直到Set 狀態發生,若是一個有限的數值,則等待相應的毫秒數後返回Event的狀態。 當Event從Reset狀態向Set狀態轉換時,喚醒其他由於WaitFor這個Event而掛起的線程,這就是它為 什麼叫Event的原因。所謂“事件”就是指“狀態的轉換”。通過Event可以線上程間傳遞這種“狀態 轉換”資訊。 當然用一個受保護(見下面的臨界區介紹)的布林變數也能實現類似的功能,只要用一個迴圈檢查此布 林值的代碼來代替WaitFor即可。從功能上說完全沒有問題,但實際使用中就會發現,這樣的等待會佔 用大量的CPU資源,降低系統性能,影響到別的線程的執行速度,所以是不經濟的,有的時候甚至可 能會有問題。所以不建議這樣用。 Delphi中的線程類--之(4) http://www.kehui.org/aread.php?aid=20801 之四 臨界區(CriticalSection)則是一項共用資料訪問保護的技術。它其實也是相當於一個全局的布林變數。 但對它的操作有所不同,它只有兩個操作:Enter和Leave,同樣可以把它的兩個狀態當作True和False, 分別表示現在是否處於臨界區中。這兩個操作也是原語,所以它可以用於在多線程應用中保護共用資 料,防止訪問衝突。 用臨界區保護共用資料的方法很簡單:在每次要訪問共用資料之前調用Enter設置進入臨界區標誌,然 後再運算元據,最後調用Leave離開臨界區。它的保護原理是這樣的:當一個線程進入臨界區後,如果 此時另一個線程也要訪問這個資料,則它會在調用Enter時,發現已經有線程進入臨界區,然後此線程 就會被掛起,等待當前在臨界區的線程調用Leave離開臨界區,當另一個線程完成操作,調用Leave離 開後,此線程就會被喚醒,並設置臨界區標誌,開始運算元據,這樣就防止了訪問衝突。 以前面那個InterlockedIncrement為例,我們用CriticalSection(Windows API)來實現它: Var InterlockedCrit : TRTLCriticalSection; Procedure InterlockedIncrement( var aValue : Integer ); Begin EnterCriticalSection( InterlockedCrit ); Inc( aValue ); LeaveCriticalSection( InterlockedCrit ); End; 現在再來看前面那個例子: 1. 線程A進入臨界區(假設資料為3) 2. 線程B進入臨界區,因為A已經在臨界區中,所以B被掛起 3. 線程A對資料加一(現在是4) 4. 線程A離開臨界區,喚醒線程B(現在記憶體中的資料是4) 5. 線程B被喚醒,對資料加一(現在就是5了) 6. 線程B離開臨界區,現在的資料就是正確的了。 臨界區就是這樣保護共用資料的訪問。 關於臨界區的使用,有一點要注意:即資料訪問時的異常情況處理。因為如果在資料操作時發生異常, 將導致Leave操作沒有被執行,結果將使本應被喚醒的線程未被喚醒,可能造成程式的沒有回應。所以 一般來說,如下面這樣使用臨界區才是正確的做法: EnterCriticalSection Try // 操作臨界區資料 Finally LeaveCriticalSection End; 最後要說明的是,Event和CriticalSection都是作業系統資源,使用前都需要創建,使用完後也同樣需要 釋放。如TThread類用到的一個全局Event:SyncEvent和全局CriticalSection:TheadLock,都是在 InitThreadSynchronization和DoneThreadSynchronization中進行創建和釋放的,而它們則是在Classes 單元的Initialization和Finalization中被調用的。 由於在TThread中都是用API來操作Event和CriticalSection的,所以前面都是以API為例,其實Delphi 已經提供了對它們的封裝,在SyncObjs單元中,分別是TEvent類和TCriticalSection類。用法也與前面 用API的方法相差無幾。因為TEvent的構造函數參數過多,為了簡單起見,Delphi還提供了一個用默 認參數初始化的Event類:TSimpleEvent。 順便再介紹一下另一個用於線程同步的類:TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer,它是在SysUtils單元 中定義的。據我所知,這是Delphi RTL中定義的最長的一個類名,還好它有一個短的別名:TMREWSync。 至於它的用處,我想光看名字就可以知道了,我也就不多說了。 有了前面對Event和CriticalSection的準備知識,可以正式開始討論Synchronize和WaitFor了。 我們知道,Synchronize是通過將部分代碼放到主線程中執行來實現線程同步的,因為在一個進程中,只 有一個主線程。先來看看Synchronize的實現: procedure TThread.Synchronize(Method: TThreadMethod); begin FSynchronize.FThread := Self; FSynchronize.FSynchronizeException := nil; FSynchronize.FMethod := Method; Synchronize(@FSynchronize); end; 其中FSynchronize是一個記錄類型: PSynchronizeRecord = ^TSynchronizeRecord; TSynchronizeRecord = record FThread: TObject; FMethod: TThreadMethod; FSynchronizeException: TObject; end; 用於進行線程和主線程之間進行資料交換,包括傳入線程類物件,同步方法及發生的異常。 在Synchronize中調用了它的一個重載版本,而且這個重載版本比較特別,它是一個“類方法”。所謂 類方法,是一種特殊的類成員方法,它的調用並不需要創建類實例,而是像構造函數那樣,通過類名調 用。之所以會用類方法來實現它,是因為為了可以線上程物件沒有創建時也能調用它。不過實際中是用 它的另一個重載版本(也是類方法)和另一個類方法StaticSynchronize。下面是這個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,不過也不算太複雜。 首先是判斷當前線程是否是主線程,如果是,則簡單地執行同步方法後返回。 如果不是主線程,則準備開始同步過程。 通過局部變數SyncProc記錄線程交換資料(參數)和一個Event Handle,其記錄結構如下: TSyncProc = record SyncRec: PSynchronizeRecord; Signal: THandle; end; 然後創建一個Event,接著進入臨界區(通過總體變數ThreadLock進行,因為同時只能有一個線程進入 Synchronize狀態,所以可以用總體變數記錄),然後就是把這個記錄資料存入SyncList這個列表中(如 果這個列表不存在的話,則創建它)。可見ThreadLock這個臨界區就是為了保護對SyncList的訪問,這 一點在後面介紹CheckSynchronize時會再次看到。 再接下就是調用SignalSyncEvent,其代碼在前面介紹TThread的構造函數時已經介紹過了,它的功能就 是簡單地將SyncEvent作一個Set的操作。關於這個SyncEvent的用途,將在後面介紹WaitFor時再詳述。 接下來就是最主要的部分了:調用WakeMainThread事件進行同步操作。WakeMainThread是一個 TNotifyEvent類型的全局事件。這裏之所以要用事件進行處理,是因為Synchronize方法本質上是通過消 息,將需要同步的過程放到主線程中執行,如果在一些沒有消息迴圈的應用中(如Console或DLL)是 無法使用的,所以要使用這個事件進行處理。 而回應這個事件的是Application物件,下面兩個方法分別用於設置和清空WakeMainThread事件的響應 (來自Forms單元): procedure TApplication.HookSynchronizeWakeup; begin Classes.WakeMainThread := WakeMainThread; end; procedure TApplication.UnhookSynchronizeWakeup; begin Classes.WakeMainThread := nil; end; 上面兩個方法分別是在TApplication類的構造函數和析構函數中被調用。 這就是在Application物件中WakeMainThread事件響應的代碼,消息就是在這裏被發出的,它利用了一 個空消息來實現: procedure TApplication.WakeMainThread(Sender: TObject); begin PostMessage(Handle, WM_NULL, 0, 0); end; 而這個消息的回應也是在Application物件中,見下面的代碼(刪除無關的部分): 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,由於它比較複雜,暫時不詳細說明,只要知道 它是具體處理Synchronize功能的部分就好,現在繼續分析Synchronize的代碼。 在執行完WakeMainThread事件後,就退出臨界區,然後調用WaitForSingleObject開始等待在進入臨界 區前創建的那個Event。這個Event的功能是等待這個同步方法的執行結束,關於這點,在後面分析 CheckSynchronize時會再說明。 注意在WaitForSingleObject之後又重新進入臨界區,但沒有做任何事就退出了,似乎沒有意義,但這 是必須的! 因為臨界區的Enter和Leave必須嚴格的一一對應。那麼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; 上面的代碼和原來的代碼最大的區別在於把WaitForSingleObject也納入臨界區的限制中了。看上去沒什 麼影響,還使代碼大大簡化了,但真的可以嗎? 事實上是不行! 因為我們知道,在Enter臨界區後,如果別的線程要再進入,則會被掛起。而WaitFor方法則會掛起當 前線程,直到等待別的線程SetEvent後才會被喚醒。如果改成上面那樣的代碼的話,如果那個SetEvent 的線程也需要進入臨界區的話,鎖死(Deadlock)就發生了(關於鎖死的理論,請自行參考作業系統原 理方面的資料)。 鎖死是線程同步中最需要注意的方面之一! 最後釋放開始時創建的Event,如果被同步的方法返回異常的話,還會在這裏再次拋出異常。 Delphi中的線程類 http://mental.mentsu.com 回到前面CheckSynchronize,見下面的代碼: 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,這個方法必須在主線程中被調用(如前面通過消息傳遞到主線程),否則就拋出異常。 接下來調用ResetSyncEvent(它與前面SetSyncEvent對應的,之所以不考慮WaitForSyncEvent的情況, 是因為只有在Linux版下才會調用帶參數的CheckSynchronize,Windows版下都是調用默認參數0的 CheckSynchronize)。 現在可以看出SyncList的用途了:它是用於記錄所有未被執行的同步方法的。因為主線程只有一個,而 子線程可能有很多個,當多個子線程同時調用同步方法時,主線程可能一時無法處理,所以需要一個列 表來記錄它們。 在這裏用一個局部變數LocalSyncList來交換SyncList,這裏用的也是一個原語:InterlockedExchange。 同樣,這裏也是用臨界區將對SyncList的訪問保護起來。 只要LocalSyncList不為空,則通過一個迴圈來依次處理累積的所有同步方法調用。最後把處理完的 LocalSyncList釋放掉,退出臨界區。 再來看對同步方法的處理:首先是從列表中移出(取出並從列表中刪除)第一個同步方法調用資料。 然後退出臨界區(原因當然也是為了防止鎖死)。 接著就是真正的調用同步方法了。 如果同步方法中出現異常,將被捕獲後存入同步方法資料記錄中。 重新進入臨界區後,調用SetEvent通知調用線程,同步方法執行完成了(詳見前面Synchronize中的 WaitForSingleObject調用)。 至此,整個Synchronize的實現介紹完成。 最後來說一下WaitFor,它的功能就是等待線程執行結束。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行WaitFor的話,很簡單,只要調用WaitForSingleObject等待此線程的Handle 為Signaled狀態即可。 如果是在主線程中執行WaitFor則比較麻煩。首先要在Handle陣列中增加一個SyncEvent,然後迴圈等 待,直到線程結束(即MsgWaitForMultipleObjects返回WAIT_OBJECT_0,詳見MSDN中關於此API 的說明)。 在迴圈等待中作如下處理:如果有消息發生,則通過PeekMessage取出此消息(但並不把它從消息迴圈 中移除),然後調用MsgWaitForMultipleObjects來等待線程Handle或SyncEvent出現Signaled狀態,同 時監聽消息(QS_SENDMESSAGE參數,詳見MSDN中關於此API的說明)。可以把此API當作一個 可以同時等待多個Handle的WaitForSingleObject。 如果是SyncEvent被SetEvent(返回WAIT_OBJECT_0 1),則調用CheckSynchronize處理同步方法。 為什麼在主線程中調用WaitFor必須用MsgWaitForMultipleObjects,而不能用WaitForSingleObject等待 線程結束呢?因為防止鎖死。由於線上程函數Execute中可能調用Synchronize處理同步方法,而同步方 法是在主線程中執行的,如果用WaitForSingleObject等待的話,則主線程在這裏被掛起,同步方法無法 執行,導致線程也被掛起,於是發生鎖死。 而改用WaitForMultipleObjects則沒有這個問題。首先,它的第三個參數為False,表示只要線程Handle 或SyncEvent中只要有一個Signaled即可使主線程被喚醒,至於加上QS_SENDMESSAGE是因為 Synchronize是通過消息傳到主線程來的,所以還要防止消息被阻塞。這樣,當線程中調用Synchronize 時,主線程就會被喚醒並處理同步調用,在調用完成後繼續進入掛起等待狀態,直到線程結束。 至此,對線程類TThread的分析可以告一個段落了,對前面的分析作一個總結: 1、 線程類的線程必須按正常的方式結束,即Execute執行結束,所以在其中的代碼中必須在適當的地 方加入足夠多的對Terminated標誌的判斷,並及時退出。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。 2、 對可視VCL的訪問要放在Synchronize中,通過消息傳遞到主線程中,由主線程處理。 3、 線程共用資料的訪問應該用臨界區進行保護(當然用Synchronize也行)。 4、 線程通信可以採用Event進行(當然也可以用Suspend/Resume)。 5、 當在多線程應用中使用多種線程同步方式時,一定要小心防止出現鎖死。 6、 等待線程結束要用WaitFor方法。發表人 - conundrum 於 2004/05/23 20:35:15 |
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