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並發運行的代碼。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”。
那么這個所謂的“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),堆棧大小,起始地址,參數,創建標志(用於設置線程創建時的狀態),線程ID,最后返回線程Handle。其中的起始地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所示:
因為CreateThread參數很多,而且是Windows的API,所以在C Runtime Library里提供了一個通用的線程函數(理論上可以在任何支持線程的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,什么時候返回,主線程是不管也不知道的。
正常情況下,線程函數返回后,線程就終止了。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線程數據(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,所以在線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),然后是Override抽象方法:Execute(這就是線程函數,也就是在線程中執行的代碼部分),如果需要用到可視VCL對象,還需要通過Synchronize過程進行。關於之方面的具體細節,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。因為只是真正地了解了它,才更好地使用它。
下面是DELPHI7中TThread類的聲明(本文只討論在Windows平台下的實現,所以去掉了所有有關Linux平台部分的代碼):
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,因為線程就是在這里被創建的。
在通過Inherited調用TObject.Create后,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,就是通過增減一個全局變量來統計進程中的線程數。只是這里用於增減變量的並不是常用的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,都是對變量加一或減一。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。或者按操作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,對內存數據加一的操作分解以后有三個步驟:
1、從內存中讀出數據
2、數據加一
3、存入內存
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從內存中讀出數據(假設為3)
2、線程B從內存中讀出數據(也是3)
3、線程A對數據加一(現在是4)
4、線程B對數據加一(現在也是4)
5、線程A將數據存入內存(現在內存中的數據是4)
6、線程B也將數據存入內存(現在內存中的數據還是4,但兩個線程都對它加了一,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,即操作系統能保證在一個“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執行完將數據存入內存后,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“線程訪問沖突”的情況,這也就是為什么線程之間需要“同步”(Synchronize),關於這個,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“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一詞應該是指后面一種意思,即“保證多個線程在訪問同一數據時,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,只是在這里說明一下,因為軟件開發是一項細致的工作,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);
這里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,即在線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,在這里就是創建的線程對象(即Self)。其它的參數中,第五個是用於設置線程在創建后即掛起,不立即執行(啟動線程的工作是在AfterConstruction中根據CreateSuspended標志來決定的),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在線程中執行的代碼。下面對代碼作逐行說明:
首先判斷線程類的Terminated標志,如果未被標志為終止,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,如防止訪問沖突等。
如果Execute發生異常,則通過AcquireExceptionObject取得異常對象,並存入線程類的FFatalException成員中。
最后是線程結束前做的一些收尾工作。局部變量FreeThread記錄了線程類的FreeOnTerminated屬性的設置,然后將線程返回值設置為線程類的返回值屬性的值。然后執行線程類的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(具體見后面對Synchronize的分析)。
執行完OnTerminate后,將線程類的FFinished標志設置為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,本文將在后文詳述,而SyncEvent的用途將在WaitFor過程中說明。
然后根據FreeThread中保存的FreeOnTerminate設置決定是否釋放線程類,在線程類釋放時,還有一些些操作,詳見接下來的析構函數實現。
最后調用EndThread結束線程,返回線程返回值。
至此,線程完全結束。
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;
在線程對象被釋放前,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,並且線程結束標志未設置),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標志,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后才行,而不是立即終止線程,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,那么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線程對象不能被正確釋放,在對象析構時出現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,然后調用WaitFor進行等待,其功能就是等待到線程結束后才繼續向下執行。關於WaitFor的實現,將放到后面說明。
線程結束后,關閉線程Handle(正常線程創建的情況下Handle都是存在的),釋放操作系統創建的線程對象。
然后調用TObject.Destroy釋放本對象,並釋放已經捕獲的異常對象,最后調用RemoveThread減小進程的線程數。
其它關於Suspend/Resume及線程優先級設置等方面,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爾變量。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平台上,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可以實現一般布爾變量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后返回Event的狀態。
當Event從Reset狀態向Set狀態轉換時,喚醒其它由於WaitFor這個Event而掛起的線程,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可以在線程間傳遞這種“狀態轉換”信息。
當然用一個受保護(見下面的臨界區介紹)的布爾變量也能實現類似的功能,只要用一個循環檢查此布爾值的代碼來代替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。
臨界區(CriticalSection)則是一項共享數據訪問保護的技術。它其實也是相當於一個全局的布爾變量。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享數據,防止訪問沖突。
用臨界區保護共享數據的方法很簡單:在每次要訪問共享數據之前調用Enter設置進入臨界區標志,然后再操作數據,最后調用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后,如果此時另一個線程也要訪問這個數據,則它會在調用Enter時,發現已經有線程進入臨界區,然后此線程就會被掛起,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離開后,此線程就會被喚醒,並設置臨界區標志,開始操作數據,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(假設數據為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對數據加一(現在是4)
4.線程A離開臨界區,喚醒線程B(現在內存中的數據是4)
5.線程B被喚醒,對數據加一(現在就是5了)
6.線程B離開臨界區,現在的數據就是正確的了。
臨界區就是這樣保護共享數據的訪問。
關於臨界區的使用,有一點要注意:即數據訪問時的異常情況處理。因為如果在數據操作時發生異常,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,可能造成程序的沒有響應。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
// 操作臨界區數據
Finally
LeaveCriticalSection
End;
最后要說明的是,Event和CriticalSection都是操作系統資源,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的准備知識,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數據交換,包括傳入線程類對象,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,是因為為了可以在線程對象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,不過也不算太復雜。
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后返回。
如果不是主線程,則准備開始同步過程。
通過局部變量SyncProc記錄線程交換數據(參數)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,接着進入臨界區(通過全局變量ThreadLock進行,因為同時只能有一個線程進入Synchronize狀態,所以可以用全局變量記錄),然后就是把這個記錄數據存入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,這一點在后面介紹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,將在后面介紹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。這里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循環的應用中(如Console或DLL)是無法使用的,所以要使用這個事件進行處理。
而響應這個事件的是Application對象,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對象中WakeMainThread事件響應的代碼,消息就是在這里被發出的,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;
而這個消息的響應也是在Application對象中,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於把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的線程也需要進入臨界區的話,死鎖(Deadlock)就發生了(關於死鎖的理論,請自行參考操作系統原理方面的資料)。
死鎖是線程同步中最需要注意的方面之一!
最后釋放開始時創建的Event,如果被同步的方法返回異常的話,還會在這里再次拋出異常。
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。
在這里用一個局部變量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,則通過一個循環來依次處理累積的所有同步方法調用。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:首先是從列表中移出(取出並從列表中刪除)第一個同步方法調用數據。然后退出臨界區(原因當然也是為了防止死鎖)。
接着就是真正的調用同步方法了。
如果同步方法中出現異常,將被捕獲后存入同步方法數據記錄中。
重新進入臨界區后,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。
最后來說一下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數組中增加一個SyncEvent,然后循環等待,直到線程結束(即MsgWaitForMultipleObjects返回WAIT_OBJECT_0,詳見MSDN中關於此API的說明)。
在循環等待中作如下處理:如果有消息發生,則通過PeekMessage取出此消息(但並不把它從消息循環中移除),然后調用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。
為什么在主線程中調用WaitFor必須用MsgWaitForMultipleObjects,而不能用WaitForSingleObject等待線程結束呢?因為防止死鎖。由於在線程函數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,則主線程在這里被掛起,同步方法無法執行,導致線程也被掛起,於是發生死鎖。
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,在調用完成后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標志的判斷,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、線程共享數據的訪問應該用臨界區進行保護(當然用Synchronize也行)。
4、線程通信可以采用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死鎖。
6、等待線程結束要用WaitFor方法。
http://blog.csdn.net/youthon/article/details/6721270