Visual Studio調試器指南---多線程應用程序調試(一）

線程是操作系統向其授予處理器時間的指令序列。 在操作系統中運行的每個進程都包含至少一個線程。 包含多個線程的進程稱為多線程。有多個處理器、多核處理器或超線程進程的計算機可以同時運行多個線程。 使用多個線程的並行處理可以極大地提高程序性能，但也可能導致調試變得更加困難，因為正在跟蹤多個線程。

多線程處理可能會引入新類型的潛在 bug。 例如，兩個或多個線程可能需要訪問同一資源，但是一次只能有一個線程可以安全地訪問該資源。 需要某種形式的互斥才能確保每次只有一個線程訪問該資源。 如果未正確實現互斥，則可能會創建不會執行任何線程的死鎖情況。 死鎖通常是一個難以調試的問題。

用於調試多線程應用的工具

Visual Studio 提供不同的工具用於調試多線程應用程序。

• 對於線程，調試線程的主要工具有 "線程" 窗口、源窗口中的線程標記、"並行堆棧" 窗口、"並行監視" 窗口和 "調試位置" 工具欄。

• 對於使用任務並行庫（TPL）或並發運行時的代碼，用於調試的主要工具是 "並行堆棧" 窗口、"並行監視" 窗口和 "任務" 窗口，該窗口還支持JavaScript. 

• 對於調試 GPU 上的線程，主要工具是“GPU 線程”窗口。

• 對於進程，主要工具是“附加到進程”對話框、“進程”窗口和“調試位置”工具欄。

Visual Studio 還提供功能強大的斷點和跟蹤點，在調試多線程應用程序時，這會很有用。 使用斷點條件和篩選器將斷點置於單個線程上。 使用跟蹤點可以在不中斷的情況下跟蹤程序的執行，從而研究死鎖之類的問題。

調試具有用戶界面的多線程應用程序可能會特別困難。 可以考慮在另一台計算機上運行應用程序並使用遠程調試。 

使用 "線程" 窗口調試多線程應用

多個 Visual Studio 用戶界面元素可幫助調試多線程應用。 下面介紹 "代碼編輯器" 窗口、"調試位置" 工具欄和 "線程" 窗口中的多線程調試功能。 

“啟動調試”

1. 在 代碼行上設置斷點，方法是單擊左側的滾動條線，或選擇線條並按F9。斷點在代碼行旁邊的左側滾動條中顯示為紅色圓圈。

2. 選擇 "調試" > "開始調試"，或按F5。
   

   應用程序在調試模式下啟動，並在斷點處暫停。

3. 在中斷模式下，通過選擇 "調試" > Windows > 線程打開 "線程" 窗口。 你必須在調試會話中才能打開或查看線程和其他調試窗口。
   

   

檢查線程標記

1. "線程" 窗口中右鍵單擊，然后選擇菜單中的 "在源中 。
   

   源代碼行旁邊的裝訂線現在顯示一個線程標記圖標。 線程標記指示線程在此位置停止。 如果該位置有多個已停止的線程，則會顯示圖標。

2. 將指針懸停在線程標記上。 顯示數據提示，並顯示已停止的線程或線程的名稱和線程 ID 號。 線程名稱可能 <No Name>。
   

   為了幫助識別不需要的線程，您可以在 "線程" 窗口中重命名它們。 右鍵單擊該線程，然后選擇 "重命名"。
   

3. 右鍵單擊源代碼中的線程標記可查看快捷菜單上的可用選項。

標記線程和取消標記線程

您可以標記線程以跟蹤您要特別注意的線程。

在源代碼編輯器或 "線程" 窗口中標記和取消標記線程。 從 "調試位置" 或 "線程" 窗口工具欄中選擇是僅顯示標記的線程還是顯示所有線程。 從任何位置進行的選擇將影響所有位置。

在源代碼中標記和取消標記線程

1. 通過選擇 "視圖" > 工具欄 > 調試位置，打開 "調試位置" 工具欄。 還可以在工具欄區域中右鍵單擊，然后選擇 "調試位置"。

2. "調試位置" 工具欄有三個字段： "進程"、"線程" 和 "堆棧幀"。 下拉線程列表，並記下有多少線程。 在線程列表中，當前正在執行的線程由 > 符號標記。

3. 在源代碼窗口中，將鼠標懸停在滾動條中的一個線程標記圖標上，並在數據提示中選擇標志圖標（或一個空標志圖標）。 標志圖標變為紅色。

   您還可以右鍵單擊線程標記圖標，指向 "標志"，然后從快捷菜單中選擇要標記的線程。

4. 在 "調試位置" 工具欄上，選擇 "僅顯示標記的線程" 圖標在 "線程" 字段的右側。 除非標記一個或多個線程，否則圖標為灰顯。

   只有已標記的線程才會出現在工具欄的 "線程" 下拉列表中。 若要再次顯示所有線程，請再次選擇 "僅顯示標記的線程" 圖標。

   提示

   標記了某些線程后，可以將光標放在代碼編輯器中，右鍵單擊，然后選擇 "將標記的線程運行到光標處"。 請確保選擇所有已標記的線程將達到的代碼。 將標記的線程運行到光標處將暫停選定代碼行上的線程，從而可以更輕松地通過凍結和解凍線程控制執行順序。

5. 若要切換當前正在執行的線程的已標記或未標記狀態，請選擇 "僅顯示標記的線程" 按鈕左側的單個標志 "切換當前線程標記狀態" 工具欄按鈕。 標記當前線程對於僅顯示標記的線程時查找當前線程非常有用。

6. 若要取消標記線程，請將鼠標懸停在源代碼中的線程標記上，並選擇紅色標記圖標以清除它，或右鍵單擊線程標記，然后選擇 "取消標記"。

在 "線程" 窗口中標記和取消標記線程

在 "線程" 窗口中，已標記的線程旁邊顯示紅色標志圖標，而未標記的線程（如果已顯示）具有空圖標。

選擇標記圖標，以根據其當前狀態將線程狀態更改為標記或未標記。

還可以右鍵單擊行，然后從快捷菜單中選擇 "標記"、"取消標記" 或 "取消標記所有線程"。

"線程" 窗口工具欄還具有 "僅顯示標記的線程" 按鈕，它是兩個標志圖標中的 righthand。 它的工作方式與 "調試位置" 工具欄上的按鈕相同，其中的一個按鈕控制兩個位置的顯示。

其他線程窗口功能

在 "線程" 窗口中，選擇任意列的標頭以按該列對線程進行排序。 再次選擇以反轉排序順序。 如果顯示了所有線程，則選擇標志圖標列會按標記或未標記的狀態對線程進行排序。

"線程" 窗口的第二列（沒有標頭）是當前線程列。 此列中的黃色箭頭標記當前執行點。

"位置" 列顯示每個線程在源代碼中出現的位置。 選擇Location項旁邊的展開箭頭，或將鼠標懸停在該項上，以顯示該線程的部分調用堆棧。

有關線程調用堆棧的圖形視圖，請使用 "並行堆棧" 窗口。 若要在調試時打開窗口，請選擇 "調試"> Windows > "並行堆棧"。

除了標記 、取消標記和取消標記所有線程外，線程窗口項的右鍵單擊上下文菜單還具有：

• "在源中顯示線程" 按鈕。
• 十六進制顯示，將 "線程" 窗口中的線程 ID更改為十進制格式。
• 切換到線程，這會立即將執行切換到該線程。
• 重命名，使你可以更改線程名稱。
• 凍結和解凍命令。

凍結和解凍線程執行

可以凍結和解凍線程，也可以掛起和恢復線程，以控制線程執行工作的順序。 凍結和解凍線程可幫助解決並發性問題，如死鎖和爭用條件。

提示

若要在不凍結其他線程的情況下跟蹤單個線程，這也是一種常見的調試方案，請參閱開始調試多線程應用程序。

凍結和解凍線程：

1. 在 "線程" 窗口中，右鍵單擊任意線程，然后選擇 "凍結"。 "當前線程" 列中的暫停圖標指示線程已凍結。

2. 選擇 "線程" 窗口工具欄中的列，然后選擇 "掛起的計數" 以顯示 "掛起的計數" 列。 凍結線程的掛起計數值為1。

3. 右鍵單擊凍結的線程，然后選擇 "解凍"。

   暫停圖標消失，"掛起的計數" 值更改為0。

切換到另一個線程

嘗試切換到另一個線程時，可能會看到應用程序處於中斷模式窗口。 此窗口告訴您該線程沒有當前調試器可以顯示的任何代碼。 例如，你可能正在調試托管代碼，但線程是本機代碼。 此窗口提供了解決此問題的建議。

切換到另一個線程：

1. 在 "線程" 窗口中，記下當前線程 ID （當前線程列中帶有黃色箭頭的線程）。 你需要切換回此線程以繼續運行你的應用程序。

2. 右鍵單擊其他線程，然后從上下文菜單中選擇 "切換到線程"。

3. 觀察 "線程" 窗口中的黃色箭頭位置是否已更改。 原始的當前線程標記也保留為輪廓。

   查看代碼源編輯器中的線程標記上的工具提示，以及 "調試位置" 工具欄上的 "線程" 下拉列表中的列表。 觀察當前線程是否也已更改。

4. 在 "調試位置" 工具欄上，從 "線程" 列表中選擇一個不同的線程。 請注意，當前線程還會在其他兩個位置發生更改。

5. 在源代碼編輯器中，右鍵單擊線程標記，指向 "切換到線程"，然后從列表中選擇另一個線程。 觀察當前線程是否在所有三個位置發生了更改。

在源代碼中，通過線程標記，只能切換到在該位置停止的線程。 使用“線程”窗口和“調試位置”工具欄可以切換到任何線程。

你現在已經了解了調試多線程應用程序的基礎知識。 您可以使用 "線程" 窗口、"調試位置" 工具欄中的 "線程" 或 "源代碼編輯器" 中的 "線程" 標記來觀察、標記和取消標記線程，以及凍結和解凍線程。