开发者社区> 余二五> 正文

Delphi中的线程类

简介:
+关注继续查看
Delphi中的线程类 
 
转贴于 华夏黑客同盟 [url]http://www.77169.org[/url]
Delphi中有一个线程类TThread是用来实现多线程编程的,这个绝大多数Delphi书藉都有说到,但基本上都是对
TThread类的几个成员作一简单介绍,再说明一下Execute的实现和Synchronize的用法就完了。然而这并不是多线程编
程的全部,我写此文的目的在于对此作一个补充。
线程本质上是进程中一段并发运行的代码。一个进程至少有一个线程,即所谓的主线程。同时还可以有多个子线程。
当一个进程中用到超过一个线程时,就是所谓的“多线程”。
那么这个所谓的“一段代码”是如何定义的呢?其实就是一个函数或过程(对Delphi而言)。
如果用Windows API来创建线程的话,是通过一个叫做CreateThread的API函数来实现的,它的定义为:
HANDLE CreateThread(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, 
    DWORD dwStackSize, 
    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, 
    LPVOID lpParameter, 
    DWORD dwCreationFlags, 
    LPDWORD lpThreadId 
);
其各参数如它们的名称所说,分别是:线程属性(用于在NT下进行线程的安全属性设置,在9X下无效),堆栈大小,
起始地址,参数,创建标志(用于设置线程创建时的状态),线程ID,最后返回线程Handle。其中的起始地址就是线
程函数的入口,直至线程函数结束,线程也就结束了。
因为CreateThread参数很多,而且是Windows的API,所以在C Runtime Library里提供了一个通用的线程函数(理论上
可以在任何支持线程的OS中使用):
unsigned long _beginthread(void (_USERENTRY *__start)(void *), unsigned __stksize, void *__arg);
Delphi也提供了一个相同功能的类似函数:
function BeginThread(
    SecurityAttributes: Pointer; 
    StackSize: LongWord; 
    ThreadFunc: TThreadFunc; 
    Parameter: Pointer; 
    CreationFlags: LongWord; 
    var ThreadId: LongWord
): Integer;
 
这三个函数的功能是基本相同的,它们都是将线程函数中的代码放到一个独立的线程中执行。线程函数与一般函数的
最大不同在于,线程函数一启动,这三个线程启动函数就返回了,主线程继续向下执行,而线程函数在一个独立的线
程中执行,它要执行多久,什么时候返回,主线程是不管也不知道的。
正常情况下,线程函数返回后,线程就终止了。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);
为了记录一些必要的线程数据(状态/属性等),OS会为线程创建一个内部Object,如在Windows中那个Handle便是这
个内部Object的Handle,所以在线程结束的时候还应该释放这个Object。
虽然说用API或RTL(Runtime Library)已经可以很方便地进行多线程编程了,但是还是需要进行较多的细节处理,为此
Delphi在Classes单元中对线程作了一个较好的封装,这就是VCL的线程类:TThread
使用这个类也很简单,大多数的Delphi书籍都有说,基本用法是:先从TThread派生一个自己的线程类(因为TThread
是一个抽象类,不能生成实例),然后是Override抽象方法:Execute(这就是线程函数,也就是在线程中执行的代码
部分),如果需要用到可视VCL对象,还需要通过Synchronize过程进行。关于之方面的具体细节,这里不再赘述,请
参考相关书籍。
本文接下来要讨论的是TThread类是如何对线程进行封装的,也就是深入研究一下TThread类的实现。因为只是真正地
了解了它,才更好地使用它。
下面是DELPHI7中TThread类的声明(本文只讨论在Windows平台下的实现,所以去掉了所有有关Linux平台部分的代码
):
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类在Delphi的RTL里算是比较简单的类,类成员也不多,类属性都很简单明白,本文将只对几个比较重要的类
成员方法和唯一的事件:OnTerminate作详细分析。
首先就是构造函数:
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;
虽然这个构造函数没有多少代码,但却可以算是最重要的一个成员,因为线程就是在这里被创建的。
在通过Inherited调用TObject.Create后,第一句就是调用一个过程:AddThread,其源码如下:
procedure AddThread;
begin
    InterlockedIncrement(ThreadCount);
end;
同样有一个对应的RemoveThread:
procedure RemoveThread;
begin
    InterlockedDecrement(ThreadCount);
end;
它们的功能很简单,就是通过增减一个全局变量来统计进程中的线程数。只是这里用于增减变量的并不是常用的
Inc/Dec过程,而是用了InterlockedIncrement/InterlockedDecrement这一对过程,它们实现的功能完全一样,都是
对变量加一或减一。但它们有一个最大的区别,那就是InterlockedIncrement/InterlockedDecrement是线程安全的。
即它们在多线程下能保证执行结果正确,而Inc/Dec不能。或者按操作系统理论中的术语来说,这是一对“原语”操作。
以加一为例来说明二者实现细节上的不同:
一般来说,对内存数据加一的操作分解以后有三个步骤:
1、 从内存中读出数据
2、 数据加一
3、 存入内存
现在假设在一个两个线程的应用中用Inc进行加一操作可能出现的一种情况:
1、 线程A从内存中读出数据(假设为3)
2、 线程B从内存中读出数据(也是3)
3、 线程A对数据加一(现在是4)
4、 线程B对数据加一(现在也是4)
5、 线程A将数据存入内存(现在内存中的数据是4)
6、 线程B也将数据存入内存(现在内存中的数据还是4,但两个线程都对它加了一,应该是5才对,所以这里出现了
错误的结果)
 
而用InterlockIncrement过程则没有这个问题,因为所谓“原语”是一种不可中断的操作,即操作系统能保证在一个
“原语”执行完毕前不会进行线程切换。所以在上面那个例子中,只有当线程A执行完将数据存入内存后,线程B才可
以开始从中取数并进行加一操作,这样就保证了即使是在多线程情况下,结果也一定会是正确的。
前面那个例子也说明一种“线程访问冲突”的情况,这也就是为什么线程之间需要“同步”(Synchronize),关于这
个,在后面说到同步时还会再详细讨论。
说到同步,有一个题外话:加拿大滑铁卢大学的教授李明曾就Synchronize一词在“线程同步”中被译作“同步”提出
过异议,个人认为他说的其实很有道理。在中文中“同步”的意思是“同时发生”,而“线程同步”目的就是避免这
种“同时发生”的事情。而在英文中,Synchronize的意思有两个:一个是传统意义上的同步(To occur at the same 
time),另一个是“协调一致”(To operate in unison)。在“线程同步”中的Synchronize一词应该是指后面一种
意思,即“保证多个线程在访问同一数据时,保持协调一致,避免出错”。不过像这样译得不准的词在IT业还有很多
,既然已经是约定俗成了,本文也将继续沿用,只是在这里说明一下,因为软件开发是一项细致的工作,该弄清楚的
,绝不能含糊。
扯远了,回到TThread的构造函数上,接下来最重要就是这句了:
FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID);
这里就用到了前面说到的Delphi RTL函数BeginThread,它有很多参数,关键的是第三、四两个参数。第三个参数就是
前面说到的线程函数,即在线程中执行的代码部分。第四个参数则是传递给线程函数的参数,在这里就是创建的线程
对象(即Self)。其它的参数中,第五个是用于设置线程在创建后即挂起,不立即执行(启动线程的工作是在
AfterConstruction中根据CreateSuspended标志来决定的),第六个是返回线程ID。
现在来看TThread的核心:线程函数ThreadProc。有意思的是这个线程类的核心却不是线程的成员,而是一个全局函数
(因为BeginThread过程的参数约定只能用全局函数)。下面是它的代码:
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;
虽然也没有多少代码,但却是整个TThread中最重要的部分,因为这段代码是真正在线程中执行的代码。下面对代码作
逐行说明:
首先判断线程类的Terminated标志,如果未被标志为终止,则调用线程类的Execute方法执行线程代码,因为TThread
是抽象类,Execute方法是抽象方法,所以本质上是执行派生类中的Execute代码。
所以说,Execute就是线程类中的线程函数,所有在Execute中的代码都需要当作线程代码来考虑,如防止访问冲突等。
如果Execute发生异常,则通过AcquireExceptionObject取得异常对象,并存入线程类的FFatalException成员中。
最后是线程结束前做的一些收尾工作。局部变量FreeThread记录了线程类的FreeOnTerminated属性的设置,然后将线
程返回值设置为线程类的返回值属性的值。然后执行线程类的DoTerminate方法。
DoTerminate方法的代码如下:
procedure TThread.DoTerminate;
begin
    if Assigned(FOnTerminate) then Synchronize(CallOnTerminate);
end;
很简单,就是通过Synchronize来调用CallOnTerminate方法,而CallOnTerminate方法的代码如下,就是简单地调用
OnTerminate事件:
procedure TThread.CallOnTerminate;
begin
    if Assigned(FOnTerminate) then FOnTerminate(Self);
end;
因为OnTerminate事件是在Synchronize中执行的,所以本质上它并不是线程代码,而是主线程代码(具体见后面对
Synchronize的分析)。
执行完OnTerminate后,将线程类的FFinished标志设置为True。接下来执行SignalSyncEvent过程,其代码如下:
procedure SignalSyncEvent;
begin
    SetEvent(SyncEvent);
end;
也很简单,就是设置一下一个全局Event:SyncEvent,关于Event的使用,本文将在后文详述,而SyncEvent的用途将
在WaitFor过程中说明。
然后根据FreeThread中保存的FreeOnTerminate设置决定是否释放线程类,在线程类释放时,还有一些些操作,详见接
下来的析构函数实现。
最后调用EndThread结束线程,返回线程返回值。至此,线程完全结束。
说完构造函数,再来看析构函数:
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;
在线程对象被释放前,首先要检查线程是否还在执行中,如果线程还在执行中(线程ID不为0,并且线程结束标志未设
置),则调用Terminate过程结束线程。Terminate过程只是简单地设置线程类的Terminated标志,如下面的代码:
procedure TThread.Terminate;
begin
    FTerminated := True;
end;
所以线程仍然必须继续执行到正常结束后才行,而不是立即终止线程,这一点要注意。
在这里说一点题外话:很多人都问过我,如何才能“立即”终止线程(当然是指用TThread创建的线程)。结果当然是
不行!终止线程的唯一办法就是让Execute方法执行完毕,所以一般来说,要让你的线程能够尽快终止,必须在
Execute方法中在较短的时间内不断地检查Terminated标志,以便能及时地退出。这是设计线程代码的一个很重要的原
则!
当然如果你一定要能“立即”退出线程,那么TThread类不是一个好的选择,因为如果用API强制终止线程的话,最终
会导致TThread线程对象不能被正确释放,在对象析构时出现Access Violation。这种情况你只能用API或RTL函数来创
建线程。
如果线程处于启动挂起状态,则将线程转入运行状态,然后调用WaitFor进行等待,其功能就是等待到线程结束后才继
续向下执行。关于WaitFor的实现,将放到后面说明。
线程结束后,关闭线程Handle(正常线程创建的情况下Handle都是存在的),释放操作系统创建的线程对象。
然后调用TObject.Destroy释放本对象,并释放已经捕获的异常对象,最后调用RemoveThread减小进程的线程数。
其它关于Suspend/Resume及线程优先级设置等方面,不是本文的重点,不再赘述。下面要讨论的是本文的另两个重点
:Synchronize和WaitFor。
但是在介绍这两个函数之前,需要先介绍另外两个线程同步技术:事件和临界区。
事件(Event)与Delphi中的事件有所不同。从本质上说,Event其实相当于一个全局的布尔变量。它有两个赋值操作
:Set和Reset,相当于把它设置为True或False。而检查它的值是通过WaitFor操作进行。对应在Windows平台上,是三
个API函数:SetEvent、ResetEvent、WaitForSingleObject(实现WaitFor功能的API还有几个,这是最简单的一个)。
这三个都是原语,所以Event可以实现一般布尔变量不能实现的在多线程中的应用。Set和Reset的功能前面已经说过了
,现在来说一下WaitFor的功能:
WaitFor的功能是检查Event的状态是否是Set状态(相当于True),如果是则立即返回,如果不是,则等待它变为Set
状态,在等待期间,调用WaitFor的线程处于挂起状态。另外WaitFor有一个参数用于超时设置,如果此参数为0,则不
等待,立即返回Event的状态,如果是INFINITE则无限等待,直到Set状态发生,若是一个有限的数值,则等待相应的
毫秒数后返回Event的状态。
当Event从Reset状态向Set状态转换时,唤醒其它由于WaitFor这个Event而挂起的线程,这就是它为什么叫Event的原
因。所谓“事件”就是指“状态的转换”。通过Event可以在线程间传递这种“状态转换”信息。
当然用一个受保护(见下面的临界区介绍)的布尔变量也能实现类似的功能,只要用一个循环检查此布尔值的代码来
代替WaitFor即可。从功能上说完全没有问题,但实际使用中就会发现,这样的等待会占用大量的CPU资源,降低系统
性能,影响到别的线程的执行速度,所以是不经济的,有的时候甚至可能会有问题。所以不建议这样用。
临界区(CriticalSection)则是一项共享数据访问保护的技术。它其实也是相当于一个全局的布尔变量。但对它的操
作有所不同,它只有两个操作:Enter和Leave,同样可以把它的两个状态当作True和False,分别表示现在是否处于临
界区中。这两个操作也是原语,所以它可以用于在多线程应用中保护共享数据,防止访问冲突。
用临界区保护共享数据的方法很简单:在每次要访问共享数据之前调用Enter设置进入临界区标志,然后再操作数据,
最后调用Leave离开临界区。它的保护原理是这样的:当一个线程进入临界区后,如果此时另一个线程也要访问这个数
据,则它会在调用Enter时,发现已经有线程进入临界区,然后此线程就会被挂起,等待当前在临界区的线程调用
Leave离开临界区,当另一个线程完成操作,调用Leave离开后,此线程就会被唤醒,并设置临界区标志,开始操作数
据,这样就防止了访问冲突。
以前面那个InterlockedIncrement为例,我们用CriticalSection(Windows API)来实现它:
Var
InterlockedCrit : TRTLCriticalSection;
Procedure InterlockedIncrement( var aValue : Integer );
Begin
    EnterCriticalSection( InterlockedCrit );
    Inc( aValue );
    LeaveCriticalSection( InterlockedCrit );
End;
现在再来看前面那个例子:
1. 线程A进入临界区(假设数据为3)
2. 线程B进入临界区,因为A已经在临界区中,所以B被挂起
3. 线程A对数据加一(现在是4)
4. 线程A离开临界区,唤醒线程B(现在内存中的数据是4)
5. 线程B被唤醒,对数据加一(现在就是5了)
6. 线程B离开临界区,现在的数据就是正确的了。
临界区就是这样保护共享数据的访问。
关于临界区的使用,有一点要注意:即数据访问时的异常情况处理。因为如果在数据操作时发生异常,将导致Leave操
作没有被执行,结果将使本应被唤醒的线程未被唤醒,可能造成程序的没有响应。所以一般来说,如下面这样使用临
界区才是正确的做法:
EnterCriticalSection
Try
// 操作临界区数据
Finally
    LeaveCriticalSection
End;
最后要说明的是,Event和CriticalSection都是操作系统资源,使用前都需要创建,使用完后也同样需要释放。如
TThread类用到的一个全局Event:SyncEvent和全局CriticalSection:TheadLock,都是在
InitThreadSynchronization和DoneThreadSynchronization中进行创建和释放的,而它们则是在Classes单元的
Initialization和Finalization中被调用的。
由于在TThread中都是用API来操作Event和CriticalSection的,所以前面都是以API为例,其实Delphi已经提供了对它
们的封装,在SyncObjs单元中,分别是TEvent类和TCriticalSection类。用法也与前面用API的方法相差无几。因为
TEvent的构造函数参数过多,为了简单起见,Delphi还提供了一个用默认参数初始化的Event类:TSimpleEvent。
顺便再介绍一下另一个用于线程同步的类:TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer,它是在SysUtils单元中定义的
。据我所知,这是Delphi RTL中定义的最长的一个类名,还好它有一个短的别名:TMREWSync。至于它的用处,我想光
看名字就可以知道了,我也就不多说了。
有了前面对Event和CriticalSection的准备知识,可以正式开始讨论Synchr




本文转自 fish_yy 51CTO博客,原文链接:http://blog.51cto.com/tester2test/139329,如需转载请自行联系原作者

版权声明:本文内容由阿里云实名注册用户自发贡献,版权归原作者所有,阿里云开发者社区不拥有其著作权,亦不承担相应法律责任。具体规则请查看《阿里云开发者社区用户服务协议》和《阿里云开发者社区知识产权保护指引》。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容,填写侵权投诉表单进行举报,一经查实,本社区将立刻删除涉嫌侵权内容。

相关文章
阿里云ECS云服务器初始化设置教程方法
阿里云ECS云服务器初始化是指将云服务器系统恢复到最初状态的过程,阿里云的服务器初始化是通过更换系统盘来实现的,是免费的,阿里云百科网分享服务器初始化教程: 服务器初始化教程方法 本文的服务器初始化是指将ECS云服务器系统恢复到最初状态,服务器中的数据也会被清空,所以初始化之前一定要先备份好。
13815 0
阿里云服务器端口号设置
阿里云服务器初级使用者可能面临的问题之一. 使用tomcat或者其他服务器软件设置端口号后,比如 一些不是默认的, mysql的 3306, mssql的1433,有时候打不开网页, 原因是没有在ecs安全组去设置这个端口号. 解决: 点击ecs下网络和安全下的安全组 在弹出的安全组中,如果没有就新建安全组,然后点击配置规则 最后如上图点击添加...或快速创建.   have fun!  将编程看作是一门艺术,而不单单是个技术。
18628 0
阿里云服务器如何登录?阿里云服务器的三种登录方法
购买阿里云ECS云服务器后如何登录?场景不同,阿里云优惠总结大概有三种登录方式: 登录到ECS云服务器控制台 在ECS云服务器控制台用户可以更改密码、更换系.
25047 0
阿里云服务器怎么设置密码?怎么停机?怎么重启服务器?
如果在创建实例时没有设置密码,或者密码丢失,您可以在控制台上重新设置实例的登录密码。本文仅描述如何在 ECS 管理控制台上修改实例登录密码。
20349 0
Delphi-IOCP学习笔记<五>===测试IOCP工作线程处理队列顺序
现在IOCP可以接收到数据了。   >>>>>>>>>其实IOCP的队列是先进先出的,经过测试,看来是我记错了!!!! >>>>2013年4月20日 16:22:46     >>>>>引用 TCP数据粘包的产生原因在于TCP是一种流协议。
732 0
delphi中复制线程
DuplicateHandle函数可以用来复制线程等。      在一个进程中,这个函数可根据位于不同进程内的现有句柄创建一个新句柄。可以从这两个进程中发出对这个函数的调用。进程必须提供PROCESS_DUP_HANDLE访问权限,否则函数执行不能成功     句柄可以重复的对象包括...
621 0
+关注
20381
文章
0
问答
文章排行榜
最热
最新
相关电子书
更多
JS零基础入门教程(上册)
立即下载
性能优化方法论
立即下载
手把手学习日志服务SLS,云启实验室实战指南
立即下载