多執行緒的基本概念

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多线程的基本概念

WIN 98/NT/2000/XP 是个多任务操作系统，也就是：一个进程可以划分为多个线程，每个线程轮流占用CPU 运行时间和资源，或者说，把CPU 时间划成片，每个片分给不同的线程，这样，每个线程轮流的“挂起”和“唤醒”，由于时间片很小，给人的感觉是同时运行的。
多线程带来如下好处：（自己阅读）
1）避免瓶颈；
2）并行操作；
3）提高效率；
在多线程中，通过优先级管理，可以使重要的程序优先操作，提高了任务管理的灵活性。
另一方面，在多CPU 系统中，可以把不同的线程在不同的CPU 中执行，真正做到同时处理多任务（Win 98 只是模拟的，而Win/NT/2000是真正的多CPU同时操作）。
多线程的两个概念：

1） 进程：也称任务，程序载入内存，并分配资源，称为“一个进程”。注意：进程本身并不一定要正在执行。进程由以下几部分组成：
a>一个私有的地址空间，它是进程可以使用的一组虚拟内存地址空间；
b>程序的相关代码、数据源；
c>系统资源，比如操作系统同步对象等；
d>至少包含一个线程（主线程）；

2） 线程：是程序的执行单位（线程本身并不包括程序代码，真正拥有代码的是进程），每个进程至少包括一个线程，称为主线程，一个进程如果有多个线程，就可以共享同一进程的资源，并可以并发执行。
线程是进程的一个执行单元，是操作系统分配CPU 时间的基本实体，线程主要由如下两部分组成：
a>数据结构；
b>CPU 寄存器和堆栈；
一个进程中的线程，可以独立运行，也可以控制另一个线程的运行。

请注意：
多线程不能滥用，书上提到了多线程的几个缺点（自阅）。

2-2 Tthread 对象
虽然Windows 提供了比较多的多线程设计的API 函数，但是直接使用API 函数一方面极其不方便，而且使用不当还容易出错。为解决这个问题，Borland 公司率先推出了一种Tthread 对象，来解决多线程设计上的困难，简化了多线程问题的处理。
应该注意，Tthread 对象是没有实例的，它和界面的交流，主要依靠主窗体（主VCL线程），这和其他对象使用上有些区别。

一、Tthread 对象的主要方法
构造线程：

constructor Create(CreateSuspended:boolean)

其中：CreateSuspended = true 构造但不唤醒 false 构造的同时即唤醒

也可以用如下方法

inheried Create(CreateSuspended:boolean)

挂起线程：

Suspend

（把线程挂起的次数加一）

唤醒线程：

resume

（注意：注意这个属性是把线程挂起的次数减一，当次数为 0 时，即唤醒。也就是说，线程挂起多少次，唤醒也需要多少次。同时挂起的时候将保持线程的地址指针不变，所以线程挂起后再唤醒，将从挂起的地方开始运行）

析构（清除线程所占用的内存）：

Destroy

终止线程（后面会具体讨论）:

Terminate

二、线程应用的简单例子：

下面通过一个例子说明上述方法的应用。我们知道，循环是独占性最强的运行方式之一，现在希望建立两个线程对象，实现循环的并行运行。具体方法如下：

File---New---Thread Object

这就自动在主 Form 中建立了一个线程单元（在对话框里写上线程名字），默认的名字是 Unit2。同样方法建立第二个线程单元 Unit3。

要注意的是：Unit2 和 Unit3 中有一个给定的过程：

procedure Object.Execute;
begin

end;

其中的程序是线程唤醒后自动执行的程序，也可以在里面调用其他自定义的过程和函数。这个过程的结束，意味着线程程序的结束。
为了构造线程，在interface的Type区，定义一个构造过程：

type
  Object = class(TThread) //自动给出的，也可以直接改
  private
  protected
    procedure Execute; override;
  public
    constructor create; //自己写的

并且在implementation区域写上：

constructor Object.Create;
begin
  inherited Create(true);
end

其中Object 为线程对象的名字。所以这么写，是希望在主Form中调用这个构造过程。
Create()的参数用True，表明构造出的线程为挂起状态。
注意一下，在同一个线程对象里，如果两次构造，将产生两个独立的线程，不但运行是独立的，而且使用线程的局部变量也是独立的。但这里为了简化问题，还是建立了两个独立的线程对象，而且两个循环数是不同的，在并行运算时容易判断出是两个不同的程序在运行。

假定我们给两个线程对象起的名字是：

mymath1
mymath2

这样在Unit1，应该作如下声明：

implementation

{$R *.DFM}

uses unit2, unit3;

var
  thread1:mymath1;
  thread2:mymath2;

这样在主线程，将可以通过这两个线程变量调用对应的线程方法。
在主线程区构造线程的方法是：

thread1 := mymath1.Create;
thread2 := mymath2.Create;

挂起：

thread1.suspend;
thread2.suspend;

唤醒：

thread1.resume;
thread2.resume;

析构：

thread1.destroy;
thread2.destroy;

这里需要说明的是，由于线程单元需要调用 Form 的 Edit 控件（对象），可以采用两种方法：

1） 在线程单元定义一个 TEdit 对象，例如

edit4: Tedit;

在 Execute 过程内直接引用

但在 Unit1 中一定要在 FormCreate 过程里作一个赋值：

procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
  thread1.edit4 := edit1;
end;

这样，就把第一线程的 edit4 与 Form 上的 edit1 联系来。

2）在第二个线程中首先声明调用 Unti1，也就是要加上

Uses Unit1;

这样就可以在该线程单元直接调用主 Form 的控件了，比如在 Unit3 中可以写：

form1.edit2.text := inttostr(i)

了解了这些基本规则，就可以写出比较复杂的多线程程序了。
还有一点要说明的，默认生成的线程单元，调用的单元只有一个：

Uses Classes;

这样，往往很多函数和对象在线程单元里不能使用，所以在必要时，应该根据需要User相应的单元，这个例程为了简单，把大部分常用的单元都拷过去了，这并不是推荐的办法，因为这样一来会使程序的垃圾过多，所以，一般要用什么拷什么。

三、常用的API 函数

在处理多线程问题的时候,也经常用到Windows提供的API 函数，需要说明的是，Tthread 对象内部封装的方法，其实主要也是调用API 函数，但是，考虑更全面，更安全。而直接调用API 函数，往往会因为运用不当，出现一些不应有的错误。所以，我个人以为，只要用Tthread 对象的方法能解决的，就不要直接调用API 函数，API 函数只应该在用在Tthread 对象方法解决不了的时候。
例如Tthread 对象方法内部调用API 函数的时候，一般使用推荐的默认值，但需要更精细的控制时，就可以直接使用API 函数。
其实，Tthread 对象方法已经受到了大多数程序设计者的认可，比如，原来VB是不具备直接处理多线程的能力的，但是，现在VB.Net就宣称，它具备了简单处理多线程问题的能力，这就很说明问题。
下面简单介绍几种API 函数，为了清晰方便，这里着重在于说明，函数正确的描述可以自己阅读书上的例子和手册：
构建线程：

CreateThread(
参数1，--安全属性（一般=Nil，默认安全属性）
参数2，--线程堆栈尺寸（一般=0，与主线程相同长度，而且可以根据需要自动变化）
参数3，--指向函数名指针，@函数名，这个参数十分重要，不正确将无法调用成功。
参数4，--用户需要向线程传递的参数，是一个指向结构的指针，不需传递参数时，为Nil。
参数5
）--传入与线程有关的一些参数，例如：
Create_SUSPENDED 创建一个挂起的线程；
0 创建后立即激活。

书上有这个函数应用的十分清晰的例子，可以自己阅读。
一般并不推荐使用 CreateTheard函数，而推荐使用RTL 库里的System单元中定义的 BeginTheard函数，因为这除了能创建一个线程和一个入口函数以外，还增加了几项保护措施，具体的请参阅书上的第10页说明。

对应 Suspend（挂起）和 Resume（唤醒）的两个 API 函数为：

Function SuspendThread(hThread:THandle)WORD;
Function ResumeThread（hThread:THandle)WORD;

其中，THandle 被要求控制线程的句柄，函数调用成功，返回挂起的次数，调用不成功。则返回 0xFFFFFFFF。

四、线程的终止和退出：

1)自动退出：
一个线程从 Execute() 过程中退出，即意味着线程的终止，此时将调用 Windows 的 ExitThread() 函数来清除线程所占用的堆栈。
如果线程对象的 FreeOnTerminate 属性设为 True，则线程对象将自动删除，并释放线程所占用的资源。
这是消除线程对象最简单的办法。

2)受控退出：

利用线程对象的 Terminate 属性，可以由进程或者由其他线程控制线程的退出。只需要简单的调用该线程的 Terminate 方法，并设直线程对象的Terminate属性为True。
在线程中，应该不断监视 Terminate 的值，一旦发现为 True，则退出，例如在 Execute() 过程中可以这样写：

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

3)退出的API 函数：

关于线程退出的API 函数声明如下：code

Function TerminateThread(hThread:Thandle;dwExitCodeWORD);

不过，这个函数会使代码立刻终止，而不管程序中有没有

try....finally

机制，可能会导致错误，不到万不得已，最好不要使用。

4) 利用挂起线程的方法（suspend）

利用挂起线程的suspend方法，后面跟个Free，也可以释放线程，例如：

thread1.suspend; //挂起
thread2.free; //释放

书上有相应的例子。

五、 线程的优先级：

在多线程的情况下，一般要根据线程执行任务的重要性，给线程适当的优先级，一般如果量的线程同时申请CPU 时间，优先级高的线程优先。

在Windows下，给线程的优先级分为30级，而Delphi中Tthread 对象相对简单的把优先级分为七级。也就是在Tthread中声明了一个枚举类型TTthreadPriority:

type

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

分别对应的是最低（系统空闲时有效，-15），较低（-2），低（-1），正常（普通0），高（1），较高（2），最高（15）。

其中 tpIdle 和 tpTimecrital 有些特殊，具体情况请阅读书上有关内容。

设置优先级可使用 Thread 对象的 priority 属性：

threadObject.priority := TThreadPriority(级别);

这里给出了一个演示多线程优先级的实例：

2-3 在数据库中使用多线程

一）使用ADO模式
由于Delphi 6.0的 ADO 数据源控件内置了多线程能力，所以，在 ADO 模式下，使用多线程不需要做更多的工作。用两个ADOTable控件，分别连到两个数据库，并且分别通过DataSource控件，与数据帮定控件联系就可以了，这样就可以实现前后台处理数据库问题。

二）使用 BDE 模式和 TSeeion 对象
如果需要使用 BDE 模式，那么多线程使用数据库，就要考虑 Session 的问题。在单线程时，每个数据源的建立就自动生成一个 Session， 这是这个数据源私有的关于数据库信息的文件。但多线程时，必须统一管理，所以在 BDE 中专门提供了一个 TSession 对象，它可以同时管理不同的 Databas 数据源对象。
Databas数据源可以接受来自不同数据平台的数据库。

数据库1---databas(2)----table(Qurey)(3)---datasource
| |
| |
|--------- Tsession(1)
| |
| |
数据库2---databas(2)----table(Qurey)(3)---datasource


方法：
1）TSession
属性：SessionName = 名（自起）
Active = true （激活）
2）Database（可以有多个）
属性：SessionName = Tsession名
Dataname = 名（自起，作为Table的标识）
AliasName = 数据库别名
Connected = True （激活）
3）Table 或 Qurey
属性：SessionName=TSession名（不要用默认值）
DatabaseName=如果前面起了名，这里就会出现Database
的名字。
Tablename=表名
Active=true （激活）
以后比如加入 Datasoucre 和其他一样，这样就可以构造两个前后台处理的数据库管理系统了。

2-4 多线程的同步机制

同步机制，实际上是事件驱动机制，意思是让线程平时处于“休眠”状态，除非发生某个事件才触发。
例如一个拷贝文件，拷贝线程完成一个程序块后，再唤醒进程条线程做一个格的填充。
研究多线程的同步机制的必要性在于，多线程同步工作时，如果同时调用相同的资源，就可能会出现问题，一般读出是不会有问题的，但是，如果写入（全局变量、数据库），就会发生冲突，甚至产生死锁和竞争问题。

一、使用 Synchronize 方法
这个方法用于访问VCL 主线程所管理的资源，其方法的应用是：
第一步：把访问主窗口（或主窗口控件资源）的代码放到线程的一个方法中；
第二步：是在线程对象的 Execute 方法中，通过 Synchronize 方法使用该方法。
实例：
procedure Theater.Execute;
begin
  Synchronize(update);
end;

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

这里通过 Synchronize 使线程方法 update 同步。

二、使用VCL类的 Look 方法
在 Delphi 的 IDE 提供的构件中，有一些对象内部提供了线程的同步机制，工作线程可以直接使用这些控件，比如：TFont，TPen，TBitmap，TMetafile，TIcon等。另外，一个很重要的控件对象叫 TCanvas，提供了一个 Lock 方法用于线程的同步，当一个线程使用此控件对象的时候，首先调用这个对象的 Lock 方法，然后对这个控件进行操作，完毕后再调用 Unlock 方法，释放对控间的控制权。
例如：
CanversObject.look;
try
  画图
finally
  CanversObject.unlock;
end;
{使用这个保护机制,保证不论有没有异常，unlock都会被执行否则很可能会发生死锁。在多线程设计的时候，应该很注意发生死锁的问题}

三、Waitfor方法
当一个线程应该等待另一个线程结束时，可以调用Waitfor方法。这个方法属于等待线程对象，Waitfor方法的原型如下:

Function Waitfor(Const Astring:string):string;

比如在前面最基本的线程的例子中，唤醒线程的语句中加上

thread1.resume;
thread1.waitfor;
thread2.resume;

那么所有的线程都必须等待thread1运行完毕后才能运行，其中包括主线程，可以预想，由于thread1调用了主窗体的Edit控件，那么，在thread1运行中间，Edie1也不会显示。
这就告诉我们，这样的代码是不能作为主线程的一部分的，如果与主窗体连接的线程内等待另一个线程结束，而另一个线程又要等待访问用户界面，就可能是程序陷于死锁。
这点在应用的时候要谨慎。

四、利用Windows的API 实现同步
Windows API函数提供了很多同步技术，下面简要介绍。

1）临界区
使用线程的时候，遇到的一个基本的问题，就是多个线程访问同一个对象，比如访问相同的文件、DLL、相同的通讯资源，特别是数据库的访问，当多个线程对同一数据库字段写入的时候，其结果会出现不确定性。
临界区用于解决这个问题，它可以保证线程使用敏感数据的时候，阻赛其他的线程访问名干数据，使用时首先要初始化，其声明一个TRTLCriticalSection类型的变量：

var
  CS:TRTLCriticalSection;

初始化：

initializeCriticalSection(cs);

独占

EnterCriticalSection(cs);

解除独占

LeaveCriticalSection(CS);

使用临界区是比较方便而且概念比较清晰的的线程同步机制，应用比较广泛。
请注意，临界区只能在一个进程内使用，首先要标记出把数据作为临界区操作的那些代码，在这部分代码执行前，计算机首先要查看一下全局记录，已确定是否有其它线程在临界区中，同时也要查看这个临界区是否和第一个临界区相关，也就是说同一个程序中可能会有几个不同的临界区，然后计算机再决定运行策略。