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Delphi中有一個執行緒類TThread是用來實作多執行緒編程的,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的實作和Synchronize的用法就完了,然而這并不是多執行緒編
程的全部,我寫此文的目的在于對此作一個補充,
執行緒本質上是行程中一段并發運行的代碼,一個行程至少有一個執行緒,即所謂的主執行緒,同時還可以有多個子執行緒,
當一個行程中用到超過一個執行緒時,就是所謂的“多執行緒”,
那么這個所謂的“一段代碼”是如何定義的呢?其實就是一個函式或程序(對Delphi而言),
如果用Windows API來創建執行緒的話,是通過一個叫做CreateThread的API函式來實作的,它的定義為:
HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
DWORD dwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
LPVOID lpParameter,
DWORD dwCreationFlags,
LPDWORD lpThreadId
);
其各引數如它們的名稱所說,分別是:執行緒屬性(用于在NT下進行執行緒的安全屬性設定,在9X下無效),堆疊大小,
起始地址,引數,創建標志(用于設定執行緒創建時的狀態),執行緒ID,最后回傳執行緒Handle,其中的起始地址就是線
程函式的入口,直至執行緒函式結束,執行緒也就結束了,
因為CreateThread引數很多,而且是Windows的API,所以在C Runtime Library里提供了一個通用的執行緒函式(理論上
可以在任何支持執行緒的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式:
function BeginThread(
SecurityAttributes: Pointer;
StackSize: LongWord;
ThreadFunc: TThreadFunc;
Parameter: Pointer;
CreationFlags: LongWord;
var ThreadId: LongWord
): Integer;
這三個函式的功能是基本相同的,它們都是將執行緒函式中的代碼放到一個獨立的執行緒中執行,執行緒函式與一般函式的
最大不同在于,執行緒函式一啟動,這三個執行緒啟動函式就回傳了,主執行緒繼續向下執行,而執行緒函式在一個獨立的線
程中執行,它要執行多久,什么時候回傳,主執行緒是不管也不知道的,
正常情況下,執行緒函式回傳后,執行緒就終止了,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執行緒資料(狀態/屬性等),OS會為執行緒創建一個內部Object,如在Windows中那個Handle便是這
個內部Object的Handle,所以在執行緒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執行緒編程了,但是還是需要進行較多的細節處理,為此
Delphi在Classes單元中對執行緒作了一個較好的封裝,這就是VCL的執行緒類: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派生一個自己的執行緒類(因為TThread
是一個抽象類,不能生成實體),然后是Override抽象方法:Execute(這就是執行緒函式,也就是在執行緒中執行的代碼
部分),如果需要用到可視VCL物件,還需要通過Synchronize程序進行,關于之方面的具體細節,這里不再贅述,請
參考相關書籍,
本文接下來要討論的是TThread類是如何對執行緒進行封裝的,也就是深入研究一下TThread類的實作,因為只是真正地
了解了它,才更好地使用它,
下面是DELPHI7中TThread類的宣告(本文只討論在Windows平臺下的實作,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里算是比較簡單的類,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,
首先就是建構式:
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;
雖然這個建構式沒有多少代碼,但卻可以算是最重要的一個成員,因為執行緒就是在這里被創建的,
在通過Inherited呼叫TObject.Create后,第一句就是呼叫一個程序:AddThread,其原始碼如下:
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,就是通過增減一個全域變數來統計行程中的執行緒數,只是這里用于增減變數的并不是常用的
Inc/Dec程序,而是用了InterlockedIncrement/InterlockedDecrement這一對程序,它們實作的功能完全一樣,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是執行緒安全的,
即它們在多執行緒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作細節上的不同:
一般來說,對記憶體資料加一的操作分解以后有三個步驟:
1、 從記憶體中讀出資料
2、 資料加一
3、 存入記憶體
現在假設在一個兩個執行緒的應用中用Inc進行加一操作可能出現的一種情況:
1、 執行緒A從記憶體中讀出資料(假設為3)
2、 執行緒B從記憶體中讀出資料(也是3)
3、 執行緒A對資料加一(現在是4)
4、 執行緒B對資料加一(現在也是4)
5、 執行緒A將資料存入記憶體(現在記憶體中的資料是4)
6、 執行緒B也將資料存入記憶體(現在記憶體中的資料還是4,但兩個執行緒都對它加了一,應該是5才對,所以這里出現了
錯誤的結果)
而用InterlockIncrement程序則沒有這個問題,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執行緒切換,所以在上面那個例子中,只有當執行緒A執行完將資料存入記憶體后,執行緒B才可
以開始從中取數并進行加一操作,這樣就保證了即使是在多執行緒情況下,結果也一定會是正確的,
前面那個例子也說明一種“執行緒訪問沖突”的情況,這也就是為什么執行緒之間需要“同步”(Synchronize),關于這
個,在后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“執行緒同步”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“執行緒同步”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“執行緒同步”中的Synchronize一詞應該是指后面一種
意思,即“保證多個執行緒在訪問同一資料時,保持協調一致,避免出錯”,不過像這樣譯得不準的詞在IT業還有很多
,既然已經是約定俗成了,本文也將繼續沿用,只是在這里說明一下,因為軟體開發是一項細致的作業,該弄清楚的
,絕不能含糊,
扯遠了,回到TThread的建構式上,接下來最重要就是這句了:
FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID);
這里就用到了前面說到的Delphi RTL函式BeginThread,它有很多引數,關鍵的是第三、四兩個引數,第三個引數就是
前面說到的執行緒函式,即在執行緒中執行的代碼部分,第四個引數則是傳遞給執行緒函式的引數,在這里就是創建的執行緒
物件(即Self),其它的引數中,第五個是用于設定執行緒在創建后即掛起,不立即執行(啟動執行緒的作業是在
AfterConstruction中根據CreateSuspended標志來決定的),第六個是回傳執行緒ID,
現在來看TThread的核心:執行緒函式ThreadProc,有意思的是這個執行緒類的核心卻不是執行緒的成員,而是一個全域函式
(因為BeginThread程序的引數約定只能用全域函式),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在執行緒中執行的代碼,下面對代碼作
逐行說明:
首先判斷執行緒類的Terminated標志,如果未被標志為終止,則呼叫執行緒類的Execute方法執行執行緒代碼,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就是執行緒類中的執行緒函式,所有在Execute中的代碼都需要當作執行緒代碼來考慮,如防止訪問沖突等,
如果Execute發生例外,則通過AcquireExceptionObject取得例外物件,并存入執行緒類的FFatalException成員中,
最后是執行緒結束前做的一些收尾作業,區域變數FreeThread記錄了執行緒類的FreeOnTerminated屬性的設定,然后將線
程回傳值設定為執行緒類的回傳值屬性的值,然后執行執行緒類的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來呼叫CallOnTerminate方法,而CallOnTerminate方法的代碼如下,就是簡單地呼叫
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,所以本質上它并不是執行緒代碼,而是主執行緒代碼(具體見后面對
Synchronize的分析),
執行完OnTerminate后,將執行緒類的FFinished標志設定為True,接下來執行SignalSyncEvent程序,其代碼如下:
procedure SignalSyncEvent;
begin
SetEvent(SyncEvent);
end;
也很簡單,就是設定一下一個全域Event:SyncEvent,關于Event的使用,本文將在后文詳述,而SyncEvent的用途將
在WaitFor程序中說明,
然后根據FreeThread中保存的FreeOnTerminate設定決定是否釋放執行緒類,在執行緒類釋放時,還有一些些操作,詳見接
下來的解構式實作,
最后呼叫EndThread結束執行緒,回傳執行緒回傳值,至此,執行緒完全結束,
說完建構式,再來看解構式:
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;
在執行緒物件被釋放前,首先要檢查執行緒是否還在執行中,如果執行緒還在執行中(執行緒ID不為0,并且執行緒結束標志未設
置),則呼叫Terminate程序結束執行緒,Terminate程序只是簡單地設定執行緒類的Terminated標志,如下面的代碼:
procedure TThread.Terminate;
begin
FTerminated := True;
end;
所以執行緒仍然必須繼續執行到正常結束后才行,而不是立即終止執行緒,這一點要注意,
在這里說一點題外話:很多人都問過我,如何才能“立即”終止執行緒(當然是指用TThread創建的執行緒),結果當然是
不行!終止執行緒的唯一辦法就是讓Execute方法執行完畢,所以一般來說,要讓你的執行緒能夠盡快終止,必須在
Execute方法中在較短的時間內不斷地檢查Terminated標志,以便能及時地退出,這是設計執行緒代碼的一個很重要的原
則!
當然如果你一定要能“立即”退出執行緒,那么TThread類不是一個好的選擇,因為如果用API強制終止執行緒的話,最終
會導致TThread執行緒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函式來創
建執行緒,
如果執行緒處于啟動掛起狀態,則將執行緒轉入運行狀態,然后呼叫WaitFor進行等待,其功能就是等待到執行緒結束后才繼
續向下執行,關于WaitFor的實作,將放到后面說明,
執行緒結束后,關閉執行緒Handle(正常執行緒創建的情況下Handle都是存在的),釋放作業系統創建的執行緒物件,
然后呼叫TObject.Destroy釋放本物件,并釋放已經捕獲的例外物件,最后呼叫RemoveThread減小行程的執行緒數,
其它關于Suspend/Resume及執行緒優先級設定等方面,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式之前,需要先介紹另外兩個執行緒同步技術: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其實相當于一個全域的布爾變數,它有兩個賦值操作
:Set和Reset,相當于把它設定為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函式:SetEvent、ResetEvent、WaitForSingleObject(實作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可以實作一般布爾變數不能實作的在多執行緒中的應用,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(相當于True),如果是則立即回傳,如果不是,則等待它變為Set
狀態,在等待期間,呼叫WaitFor的執行緒處于掛起狀態,另外WaitFor有一個引數用于超時設定,如果此引數為0,則不
等待,立即回傳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
毫秒數后回傳Event的狀態,
當Event從Reset狀態向Set狀態轉換時,喚醒其它由于WaitFor這個Event而掛起的執行緒,這就是它為什么叫Event的原
因,所謂“事件”就是指“狀態的轉換”,通過Event可以在執行緒間傳遞這種“狀態轉換”資訊,
當然用一個受保護(見下面的臨界區介紹)的布爾變數也能實作類似的功能,只要用一個回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,這樣的等待會占用大量的CPU資源,降低系統
性能,影響到別的執行緒的執行速度,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,
臨界區(CriticalSection)則是一項共享資料訪問保護的技術,它其實也是相當于一個全域的布爾變數,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于臨
界區中,這兩個操作也是原語,所以它可以用于在多執行緒應用中保護共享資料,防止訪問沖突,
用臨界區保護共享資料的方法很簡單:在每次要訪問共享資料之前呼叫Enter設定進入臨界區標志,然后再操作資料,
最后呼叫Leave離開臨界區,它的保護原理是這樣的:當一個執行緒進入臨界區后,如果此時另一個執行緒也要訪問這個數
據,則它會在呼叫Enter時,發現已經有執行緒進入臨界區,然后此執行緒就會被掛起,等待當前在臨界區的執行緒呼叫
Leave離開臨界區,當另一個執行緒完成操作,呼叫Leave離開后,此執行緒就會被喚醒,并設定臨界區標志,開始運算元
據,這樣就防止了訪問沖突,
以前面那個InterlockedIncrement為例,我們用CriticalSection(Windows API)來實作它:
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. 執行緒A進入臨界區(假設資料為3)
2. 執行緒B進入臨界區,因為A已經在臨界區中,所以B被掛起
3. 執行緒A對資料加一(現在是4)
4. 執行緒A離開臨界區,喚醒執行緒B(現在記憶體中的資料是4)
5. 執行緒B被喚醒,對資料加一(現在就是5了)
6. 執行緒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享資料的訪問,
關于臨界區的使用,有一點要注意:即資料訪問時的例外情況處理,因為如果在資料操作時發生例外,將導致Leave操
作沒有被執行,結果將使本應被喚醒的執行緒未被喚醒,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;
最后要說明的是,Event和CriticalSection都是作業系統資源,使用前都需要創建,使用完后也同樣需要釋放,如
TThread類用到的一個全域Event:SyncEvent和全域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中被呼叫的,
由于在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的建構式引數過多,為了簡單起見,Delphi還提供了一個用默認引數初始化的Event類:TSimpleEvent,
順便再介紹一下另一個用于執行緒同步的類: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,至于它的用處,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執行緒中執行來實作執行緒同步的,因為在一個行程中,只有一個主執行緒
,先來看看Synchronize的實作:
procedure TThread.Synchronize(Method: TThreadMethod);
begin
FSynchronize.FThread := Self;
FSynchronize.FSynchronizeException := nil;
FSynchronize.FMethod := Method;
Synchronize(@FSynchronize);
end;
其中FSynchronize是一個記錄型別:
PSynchronizeRecord = ^TSynchronizeRecord;
TSynchronizeRecord = record
FThread: TObject;
FMethod: TThreadMethod;
FSynchronizeException: TObject;
end;
用于進行執行緒和主執行緒之間進行資料交換,包括傳入執行緒類物件,同步方法及發生的例外,
在Synchronize中呼叫了它的一個多載版本,而且這個多載版本比較特別,它是一個“類方法”,所謂類方法,是一種
特殊的類成員方法,它的呼叫并不需要創建類實體,而是像建構式那樣,通過類名呼叫,之所以會用類方法來實作
它,是因為為了可以在執行緒物件沒有創建時也能呼叫它,不過實際中是用它的另一個多載版本(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,不過也不算太復雜,
首先是判斷當前執行緒是否是主執行緒,如果是,則簡單地執行同步方法后回傳,
如果不是主執行緒,則準備開始同步程序,
通過區域變數SyncProc記錄執行緒交換資料(引數)和一個Event Handle,其記錄結構如下:
TSyncProc = record
SyncRec: PSynchronizeRecord;
Signal: THandle;
end;
然后創建一個Event,接著進入臨界區(通過全域變數ThreadLock進行,因為同時只能有一個執行緒進入Synchronize狀
態,所以可以用全域變數記錄),然后就是把這個記錄資料存入SyncList這個串列中(如果這個串列不存在的話,則
創建它),可見ThreadLock這個臨界區就是為了保護對SyncList的訪問,這一點在后面介紹CheckSynchronize時會再
次看到,
再接下就是呼叫SignalSyncEvent,其代碼在前面介紹TThread的建構式時已經介紹過了,它的功能就是簡單地將
SyncEvent作一個Set的操作,關于這個SyncEvent的用途,將在后面介紹WaitFor時再詳述,
接下來就是最主要的部分了:呼叫WakeMainThread事件進行同步操作,WakeMainThread是一個TNotifyEvent型別的全
局事件,這里之所以要用事件進行處理,是因為Synchronize方法本質上是通過訊息,將需要同步的程序放到主執行緒中
執行,如果在一些沒有訊息回圈的應用中(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于設定和清空WakeMainThread事件的回應(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類的建構式和解構式中被呼叫,
這就是在Application物件中WakeMainThread事件回應的代碼,訊息就是在這里被發出的,它利用了一個空訊息來實作:
procedure TApplication.WakeMainThread(Sender: TObject);
begin
PostMessage(Handle, WM_NULL, 0, 0);
end;
而這個訊息的回應也是在Application物件中,見下面的代碼(洗掉無關的部分):
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,由于它比較復雜,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事件后,就退出臨界區,然后呼叫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,關于這點,在后面分析CheckSynchronize時會再說明,
注意在WaitForSingleObject之后又重新進入臨界區,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;
上面的代碼和原來的代碼最大的區別在于把WaitForSingleObject也納入臨界區的限制中了,看上去沒什么影響,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臨界區后,如果別的執行緒要再進入,則會被掛起,而WaitFor方法則會掛起當前執行緒,直到等
待別的執行緒SetEvent后才會被喚醒,如果改成上面那樣的代碼的話,如果那個SetEvent的執行緒也需要進入臨界區的話
,死鎖(Deadlock)就發生了(關于死鎖的理論,請自行參考作業系統原理方面的資料),
死鎖是執行緒同步中最需要注意的方面之一!
最后釋放開始時創建的Event,如果被同步的方法回傳例外的話,還會在這里再次拋出例外,
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,這個方法必須在主執行緒中被呼叫(如前面通過訊息傳遞到主執行緒),否則就拋出例外,
接下來呼叫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版下才會呼叫帶引數的CheckSynchronize,Windows版下都是呼叫默認引數0的CheckSynchronize),
現在可以看出SyncList的用途了:它是用于記錄所有未被執行的同步方法的,因為主執行緒只有一個,而子執行緒可能有
很多個,當多個子執行緒同時呼叫同步方法時,主執行緒可能一時無法處理,所以需要一個串列來記錄它們,
在這里用一個區域變數LocalSyncList來交換SyncList,這里用的也是一個原語:InterlockedExchange,同樣,這里
也是用臨界區將對SyncList的訪問保護起來,
只要LocalSyncList不為空,則通過一個回圈來依次處理累積的所有同步方法呼叫,最后把處理完的LocalSyncList釋
放掉,退出臨界區,
再來看對同步方法的處理:首先是從串列中移出(取出并從串列中洗掉)第一個同步方法呼叫資料,然后退出臨界區
(原因當然也是為了防止死鎖),
接著就是真正的呼叫同步方法了,
如果同步方法中出現例外,將被捕獲后存入同步方法資料記錄中,
重新進入臨界區后,呼叫SetEvent通知呼叫執行緒,同步方法執行完成了(詳見前面Synchronize中的
WaitForSingleObject呼叫),
至此,整個Synchronize的實作介紹完成,
最后來說一下WaitFor,它的功能就是等待執行緒執行結束,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;
如果不是在主執行緒中執行WaitFor的話,很簡單,只要呼叫WaitForSingleObject等待此執行緒的Handle為Signaled狀態
即可,
如果是在主執行緒中執行WaitFor則比較麻煩,首先要在Handle陣列中增加一個SyncEvent,然后回圈等待,直到執行緒結
束(即MsgWaitForMultipleObjects回傳WAIT_OBJECT_0,詳見MSDN中關于此API的說明),
在回圈等待中作如下處理:如果有訊息發生,則通過PeekMessage取出此訊息(但并不把它從訊息回圈中移除),然后
呼叫MsgWaitForMultipleObjects來等待執行緒Handle或SyncEvent出現Signaled狀態,同時監聽訊息(QS_SENDMESSAGE
引數,詳見MSDN中關于此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(回傳WAIT_OBJECT_0 + 1),則呼叫CheckSynchronize處理同步方法,
為什么在主執行緒中呼叫WaitFor必須用MsgWaitForMultipleObjects,而不能用WaitForSingleObject等待執行緒結束呢?
因為防止死鎖,由于在執行緒函式Execute中可能呼叫Synchronize處理同步方法,而同步方法是在主執行緒中執行的,如
果用WaitForSingleObject等待的話,則主執行緒在這里被掛起,同步方法無法執行,導致執行緒也被掛起,于是發生死鎖,
而改用WaitForMultipleObjects則沒有這個問題,首先,它的第三個引數為False,表示只要執行緒Handle或SyncEvent
中只要有一個Signaled即可使主執行緒被喚醒,至于加上QS_SENDMESSAGE是因為Synchronize是通過訊息傳到主執行緒來的
,所以還要防止訊息被阻塞,這樣,當執行緒中呼叫Synchronize時,主執行緒就會被喚醒并處理同步呼叫,在呼叫完成后
繼續進入掛起等待狀態,直到執行緒結束,
至此,對執行緒類TThread的分析可以告一個段落了,對前面的分析作一個總結:
1、 執行緒類的執行緒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標志的判斷,并及時退出,如果必須要“立即”退出,則不能使用執行緒類,而要改用API或RTL函式,
2、 對可視VCL的訪問要放在Synchronize中,通過訊息傳遞到主執行緒中,由主執行緒處理,
3、 執行緒共享資料的訪問應該用臨界區進行保護(當然用Synchronize也行),
4、 執行緒通信可以采用Event進行(當然也可以用Suspend/Resume),
5、 當在多執行緒應用中使用多種執行緒同步方式時,一定要小心防止出現死鎖,
6、 等待執行緒結束要用WaitFor方法,
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