多線程的基本概念和Delphi線程對象Tthread介紹

C++多線程socket的服務(wù)器

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WIN 98/NT/2000/XP是個多任務(wù)操作系統(tǒng)，也就是：一個進(jìn)程可以劃分為多個線程，每個線程輪流占用CPU運(yùn)行時間和資源，或者說，把CPU 時間劃成片，每個片分給不同的線程，這樣，每個線程輪流的“掛起”和“喚醒”，由于時間片很小，給人的感覺是同時運(yùn)行的。

多線程帶來如下好處：
1）避免瓶頸；
2）并行操作；
3）提高效率；

多線程的兩個概念：
1） 進(jìn)程：也稱任務(wù)，程序載入內(nèi)存，并分配資源，稱為“一個進(jìn)程”。
注意：進(jìn)程本身并不一定要正在執(zhí)行。進(jìn)程由以下幾部分組成：
a>一個私有的地址空間，它是進(jìn)程可以使用的一組虛擬內(nèi)存地址空間；
b>程序的相關(guān)代碼、數(shù)據(jù)源；
c>系統(tǒng)資源，比如操作系統(tǒng)同步對象等；
d>至少包含一個線程（主線程）；

2） 線程：是進(jìn)程的執(zhí)行單位（線程本身并不包括程序代碼，真正擁有代碼的是進(jìn)程），是操作系統(tǒng)分配CPU時間的基本實(shí)體，每個進(jìn)程至少包括一個線程，稱為主線程。一個進(jìn)程如果有多個線程，就可以共享同一進(jìn)程的資源，并可以并發(fā)執(zhí)行。通俗點(diǎn)說就是進(jìn)程中一段并發(fā)運(yùn)行的代碼（一個函數(shù)或過程）。

線程主要由如下兩部分組成：
a>數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
b>CPU 寄存器和堆棧；

線程函數(shù)運(yùn)行，啟動函數(shù)就返回了，主線程繼續(xù)向下執(zhí)行，而線程函數(shù)在一個獨(dú)立的線程中執(zhí)行，它要執(zhí)行多久，什么時候返回，主線程是不管也不知道的。

一、Delphi線程對象--- Tthread

雖然Windows提供了較多的多線程設(shè)計的API 函數(shù)，但是直接使用API 函數(shù)極其不方便，而且使用不當(dāng)還容易出錯。為解決這個問題，Borland公司率先推出了一種Tthread 對象，來解決多線程設(shè)計上的困難，簡化了多線程問題的處理。

一、Tthread對象的主要方法

構(gòu)造線程：

constructor Create(CreateSuspended:boolean)

CreateSuspended=true構(gòu)造但不喚醒 ；false構(gòu)造的同時即喚醒 。

掛起線程：
suspend：（把線程掛起的次數(shù)加一）

喚醒線程：
resume ：（注意：注意這個屬性是把線程掛起的次數(shù)減一，當(dāng)次數(shù)為0時，即喚醒。也就是說，線程掛起多少次，喚醒也需要多少次。同時掛起的時候?qū)⒈３志€程的地址指針不變，所以線程掛起后再喚醒，將從掛起的地方開始運(yùn)行）

析構(gòu)（清除線程所占用的內(nèi)存）：
destroy

終止線程
Terminate 

使用這個類也很簡單，基本用法是：先從TThread派生一個自己的線程類（因?yàn)門Thread
是一個抽象類，不能生成實(shí)例），然后是覆蓋（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對象，還需要通過Synchronize過程進(jìn)行。

線程的終止和退出：

1)自動退出：

一個線程從Execute()過程中退出，即意味著線程的終止，此時將調(diào)用Windows的ExitThread()函數(shù)來清除線程所占用的堆棧。

如果線程對象的 FreeOnTerminate屬性設(shè)為True，則線程對象將自動刪除，并釋放線程所占用的資源。
這是消除線程對象最簡單的辦法。

2)受控退出：

利用線程對象的Terminate屬性，可以由進(jìn)程或者由其他線程控制線程的退出。只需要簡單的調(diào)用該線程的Terminate方法，并設(shè)置線程對象的Terminate屬性為True。
  一般來說，在線程中，應(yīng)該不斷監(jiān)視Terminate的值，一旦發(fā)現(xiàn)為True，則退出，一般來說，例如在Execute()過程中可以這樣寫：

While not Terminate do 
begin 
........ 
end;

3)退出的API函數(shù)：

關(guān)于線程退出的API函數(shù)聲明如下：

Function TerminateThread(hThread:Thandle;dwExitCode:DWORD);

不過，這個函數(shù)會使代碼立刻終止，而不管程序中有沒有

try....finally

機(jī)制，可能會導(dǎo)致錯誤，不到萬不得已，最好不要使用。

4)利用掛起線程的方法（suspend）

利用掛起線程的suspend方法，后面跟個Free，也可以釋放線程，
例如：

thread1.suspend; //掛起

thread2.free; //釋放

二、多線程的同步機(jī)制

同步機(jī)制，研究多線程的同步機(jī)制的必要性在于，多線程同步工作時，如果同時調(diào)用相同的資源，就可能會出現(xiàn)問題，如對全局變量、數(shù)據(jù)庫操作發(fā)生沖突，甚至產(chǎn)生死鎖和競爭問題。

舉個發(fā)生沖突的實(shí)例看一下：

一般來說，對內(nèi)存數(shù)據(jù)加一的操作分解以后有三個步驟：
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)在一個兩個線程的應(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對數(shù)據(jù)加一（現(xiàn)在是4）
4、線程B對數(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，但兩個線程都對它加了一，應(yīng)該是5才對，所以這里出現(xiàn)了錯誤的結(jié)果）

1.臨界區(qū)（Critical Sections）

臨界區(qū)（CriticalSection）是一項共享數(shù)據(jù)訪問保護(hù)的技術(shù)。對它只有兩個操作：Enter和Leave，這兩個操作也是原子操作。

它的保護(hù)原理是這樣的：當(dāng)一個線程A調(diào)用某一個Enter后，開始訪問某個數(shù)據(jù)D，如果此時另一個線程B也要訪問數(shù)據(jù)D，則它會在調(diào)用這個Enter時，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有線程進(jìn)入臨界區(qū)，然后線程B就會被掛起，等待線程A調(diào)用Leave。當(dāng)線程A完成操作，調(diào)用Leave離開后，線程B就會被喚醒，并設(shè)置臨界區(qū)標(biāo)志，開始操作數(shù)據(jù)，這樣就防止了訪問沖突

var
CS:TRTLCriticalSection;//被聲明在程序最上方，作為線程都可以使用的全局變量。
initializeCriticalSection(cs); //初始化

Procedure InterlockedIncrement( var aValue : Integer );
Begin
  
    EnterCriticalSection(CS);//獨(dú)占
    Inc( aValue );
    LeaveCriticalSection(CS); //解除獨(dú)占
End;

現(xiàn)在再來看前面那個例子：
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對數(shù)據(jù)加一（現(xiàn)在是4）
4. 線程A離開臨界區(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，對數(shù)據(jù)加一（現(xiàn)在就是5了）
6. 線程B離開臨界區(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

請注意，臨界區(qū)只能在一個進(jìn)程內(nèi)使用，可以在多處設(shè)置調(diào)用enter。

不要長時間鎖住一份資源，如果你一直讓資源被鎖定，你就會阻止其它線程的執(zhí)行，并把整個程序帶到一個完全停止的狀態(tài)，所以千萬不要在一個ciritical section中調(diào)用sleep()或任何Wait…()函數(shù)。

ciritical section的一個缺點(diǎn)是，它不是核心對象，如果進(jìn)入ciritical section的那個線程結(jié)束了或者當(dāng)?shù)袅耍鴽]有調(diào)用LeaveCriticalSection的話，系統(tǒng)沒有辦法將該ciritical section清除，如果你需要這樣的機(jī)能，你應(yīng)該使用mutex。

VOID InitializeCriticalSection(

　　LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection//一個指針，指向欲被初始化的CRITICAL_SECTION變量

　　);

函數(shù)功能：初始化一個臨界對象，當(dāng)你用畢臨界對象時，必須調(diào)用DeleteCriticalSection()清除它。

VOID DeleteCriticalSection (
LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection// 臨界對象指針  
);

函數(shù)功能：申請刪除臨界對象

VOID EnterCriticalSection(

　　LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection//臨界對象指針

　　);

函數(shù)功能：申請進(jìn)入臨界對象

VOID LeaveCriticalSection(

　　LPCRITICAL_SECTION lpCriticalSection//臨界對象指針

　　);

函數(shù)功能

申請進(jìn)入臨界對象

2.互斥器（Mutexes）

一個時間內(nèi)只能夠有一個線程擁有mutex，就好像同一個時間只能夠有一個線程進(jìn)入同一臨界區(qū)。

Mutex和critical section還是有差別的：

1.鎖住一個未被使用的Mutexes，比鎖住一個未被使用的critical section，需要花費(fèi)幾乎100倍的時間

2. Mutexes可以跨進(jìn)程使用，critical section則只能夠在同一個進(jìn)程中使用

3.等待一個Mutexes時，你可以指定結(jié)束等待的時間長度，但對于critical section則不行。

兩種對象的相關(guān)函數(shù)比較：

Mutex的使用機(jī)制：

1.      有一個mutex，此時沒有任何線程擁有它，此時它處于非激發(fā)狀態(tài)。

2.      某個線程調(diào)用WaitforSingleObject（）或任何其它的wait…函數(shù)，并指定該mutex的handle為參數(shù)

3.      win32于是將該mutex的擁有權(quán)給予這個線程，然后將此mutex設(shè)為激發(fā)狀態(tài)，于是wait..函數(shù)返回

4.      wait..函數(shù)返回后，win32立刻又將mutex設(shè)為非激發(fā)狀態(tài)，是任何處于等待狀態(tài)下的其它線程沒有辦法獲得其擁有權(quán)

5.      獲得該mutex的線程調(diào)用Release，將mutex釋放掉。于是循環(huán)到第一步。

如果線程擁有一個mutex，而在結(jié)束前沒有調(diào)用releaseMutex，mutex不會被摧毀，該mutex會被win32視為“未被擁有”以及“未被激發(fā)”，下一個等待中的線程會被以WAIT_ABANDONED_0通知。如果是WaitForMultipleObjects()等待辭mutex，函數(shù)返回值介于WAIT_ABANDONED_0和WAIT_ABANDONED_0+n之間，n是指handle數(shù)組的元素個數(shù)。

HANDLE CreateMutex(
　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes,
　BOOL bInitialOwner,
　LPCTSTR lpName
);

參數(shù)  

lpMutexAttributes：安全屬性。Null表示使用默認(rèn)的屬性。

bInitialOwner：如果你希望調(diào)用這個函數(shù)的線程擁有mutex，就將此值設(shè)為true

lpName：互斥對象的名稱

返回值

 如果成功，則返回一個handle，否則返回null。

函數(shù)說明：

如果指定的mutex名稱已經(jīng)存在，win32會給你一個mutex handle，而不會為你產(chǎn)生一個新的mutex。調(diào)用GetLastError會傳回ERROR_ALREADY_EXISTS。當(dāng)你不需要mutex時，你可以調(diào)用closehandle（）將它關(guān)閉。

BOOL ReleaseMutex(

HANDLE hMutex //欲釋放mutex的handle

);

返回值

 如果成功，則返回true，否則返回false。

3.信號量（Semaphores）

Mutex是semaphore的一種退化，如果你產(chǎn)生一個semaphore并令最大值為1，那它就是個mutex。因此，mutex又常被稱為binary semaphore。在許多系統(tǒng)中，semaphore常被使用，因?yàn)閙utex可能并不存在，在win32中semaphore被使用的情況就少得多，因?yàn)閙utex存在的原因。

一旦semaphore的現(xiàn)值降到0，就表示資源已經(jīng)耗盡。此時任何線程如果調(diào)用Wait…函數(shù)，必然要等待，直到某個鎖定被解除。

HANDLE CreateSemaphore(

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSemaphoreAttributes,

 LONG lInitialCount,

LONG lMaximumCount,

 LPCTSTR lpName  

)

參數(shù)：

lpSemaphoreAttributes：安全屬性，null表示使用默認(rèn)屬性。

lInitialCount：初始值，必須>=0，并且<= lMaximumCount

lMaximumCount：最大值，也就是在同一時間內(nèi)能夠鎖住semaphore的線程數(shù)

lpName：名稱，這個值也可以是null。

返回值：

 如果成功就返回一個handle，否則返回null。如果semaphore名稱已經(jīng)存在，函數(shù)還是會成功，GetLastError會返回ERROR_ALREADY_EXISTS

函數(shù)說明：

產(chǎn)生一個semaphore。

BOOL ReleaseSemaphore(

HANDLE hSemaphore,

LONG lReleaseCount,

LPLONG lpPreviousCount

);

參數(shù)：

hSemaphore：semaphore的句柄。

lReleaseCount：semaphore現(xiàn)值的增量，通常是1，該值不可以是負(fù)值或者0

lpPreviousCount：返回semaphore增加前的現(xiàn)值

返回值：

 如果成功就返回true，否則返回false。

函數(shù)說明：

三、事件（Events）

事件（Event）是一種核心對象，它的唯一目的就是成為激發(fā)狀態(tài)或未激發(fā)狀態(tài)。這兩種狀態(tài)完全在你的掌握之下，不會因?yàn)閃ait…函數(shù)的調(diào)用而變化。

HANDLE     CreateEvent(   
      LPSECURITY_ATTRIBUTES       lpEventAttributes,        
      BOOL       bManualReset,                                                  
      BOOL       bInitialState,   

      LPCTSTR       lpName      

      );       

參數(shù)：

     lpEventAttributes：安全屬性，null表示使用默認(rèn)屬性。

     bManualReset ：

此值為false,表示event變成激發(fā)狀態(tài)后，自動重置為非激發(fā)狀態(tài)；

此值為true，表示不會自動重置，必須靠程序（調(diào)用ResetEvent）操作才能將激發(fā)狀態(tài)的event重置為非激發(fā)狀態(tài)。

  bInitialState ：初始狀態(tài),true一開始處于激發(fā)狀態(tài),false一開始處于非激發(fā)狀態(tài)

   lpName ：Event對象名   

返回值：

如果成功就返回一個handle，否則返回null。如果event名稱已經(jīng)存在，函數(shù)還是會成功，GetLastError會返回ERROR_ALREADY_EXISTS

BOOL SetEvent(HANDLE hEvent);

//把event對象設(shè)為激發(fā)狀態(tài)

BOOL ResetEvent(HANDLE hEvent);

//把event對象設(shè)為非激發(fā)狀態(tài)

BOOL PulseEvent(HANDLE hEvent );

//如果event的bManualReset 為true：把event對象設(shè)為激發(fā)狀態(tài)，喚醒所有等待中的線程，然后event恢復(fù)為非激發(fā)狀態(tài)

//如果event的bManualReset 為false：把event對象設(shè)為激發(fā)狀態(tài)，喚醒一個等待中的線程，然后event恢復(fù)為非激發(fā)狀態(tài)

5.使用Synchronize方法

這個方法用于訪問VCL主線程所管理的資源，其方法的應(yīng)用是：
第一步：把訪問主窗口（或主窗口控件資源）的代碼放到線程的一個方法中；
第二步：是在線程對象的Execute方法中，通過Synchronize方法使用該方法。
實(shí)例：
procedure Theater.Execute; 
begin 
Synchronize(update); 
end; 

procedure Theater.update; 
begin 
......... 
end; 

這里通過 Synchronize使線程方法update同步。

6、使用VCL類的Look方法

在Delphi的IDE提供的構(gòu)件中，有一些對象內(nèi)部提供了線程的同步機(jī)制，工作線程可以直接使用這些控件，比如：Tfont，Tpen，TBitmap，TMetafile，Ticon等。另外，一個很重要的控件對象叫TCanvas，提供了一個Lock方法用于線程的同步，當(dāng)一個線程使用此控件對象的時候，首先調(diào)用這個對象的Lock方法，然后對這個控件進(jìn)行操作，完畢后再調(diào)用Unlock方法，釋放對控間的控制權(quán)。
例如：
CanversObject.look; 
try 
畫圖
finally 
CanversObject.unlock; 
end; 
{使用這個保護(hù)機(jī)制,保證不論有沒有異常，unlock都會被執(zhí)行否則很可能會發(fā)生死鎖。在多線程設(shè)計的時候，應(yīng)該很注意發(fā)生死鎖的問題}  

四、線程的優(yōu)先級：

在多線程的情況下，一般要根據(jù)線程執(zhí)行任務(wù)的重要性，給線程適當(dāng)?shù)膬?yōu)先級，一般如果量的線程同時申請CPU時間，優(yōu)先級高的線程優(yōu)先。

優(yōu)先權(quán)類別（Priority Class）

Win32提供四種優(yōu)先權(quán)類別，每一個類別對應(yīng)一個基本的優(yōu)先權(quán)層次。

表格5-1優(yōu)先權(quán)類別

大部分程序使用NORMAL_PRIORITY_CLASS。優(yōu)先權(quán)類別是進(jìn)程的屬性之一，利用SetPriorityClass和GetPriorityClass函數(shù)可以調(diào)整和獲取該值。

優(yōu)先權(quán)層次（priority Level）

線程的優(yōu)先權(quán)層次使你能夠調(diào)整同一個進(jìn)程內(nèi)的各線程的相對重要性。一共七種優(yōu)先權(quán)層次：

表格5-2

利用SetThreadPriority和GetThreadPriority函數(shù)可以調(diào)整和獲取該值

在Windows下，給線程的優(yōu)先級分為30級，而Delphi中Tthread對象相對簡單的把優(yōu)先級分為七級。也就是在Tthread中聲明了一個枚舉類型TTthreadPriority:

type 
TTthreadPriority(tpidle,tpLowest,tpLower,tpNormal, 
tpHight,tpHighest,tpTimecrital) 

分別對應(yīng)的是最低（系統(tǒng)空閑時有效，-15），較低（-2），低（-1），正常（普通0），高（1），較高（2），最高（15）。
設(shè)置優(yōu)先級可使用thread對象的priority屬性：
threadObject.priority:=Tthreadpriority(級別);

BOOL SetThreadPriority(

HANDLE hThread,  //欲調(diào)整優(yōu)先權(quán)的那個線程的句柄

int nPriority         //表格5-2所顯示的值

);

Int GetThreadPriority(

   HANDLE hThread   //線程的句柄

    );

返回值是線程的優(yōu)先級。