Delphi线程类的使用

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去年底我写过一篇文章《Delphi中的线程类、2、3、4、5》（在本文中称之为“前文”），剖析了TThread类的实现细节，分析了使用TThread类时需要注意的一些问题。估计那篇文章还是太过于理论化，没有结合实际应用，所以再写了这篇文章来做一个补充。

派生线程类

在多线程应用中访问可视控件

线程间数据共享

线程间通信

防止死锁

正常的线程结束方式

强制结束线程

应用实例：多线程数据库应用

应用实例：多线程网络应用

应用实例：线程池技术

派生线程类

在开始介绍线程的使用前，首先要说明一下派生线程类时需要注意的一些方面。

一般来说，派生线程类的方法都是类似于下面这样的：

TDemo1Thread = class(TThread)

private

{ Private declarations }

// 这里定义线程类中所用到的一些数据

procedure SyncProc; // 用于被Synchronize调用的方法

protected

procedure Execute; override;

public

constructor Create; // 构造函数，初始化

end;

在前文中已经说过，线程、线程类、线程类对象是不同的东西，如下表：

线程	线程是一段可以并发执行的代码，在DELPHI线程类中就是Execute方法的实现代码，包括此方法实现中被直接或间接调用的所有代码。
线程类	一个对线程进行封装的类，它包括线程方法Execute，线程数据（注意，它的数据成员并非线程的局部数据，对它们的访问要考虑访问冲突问题，关于这点将在后面详述），及其它方法（虽然是线程类方法，但大多数实际上是在主线程中运行，见后面说明）
线程类对象	即线程类的实例化，与一般类的实例化基本一样，都是在堆中分配相应的数据区，用于记录线程数据，因为它与一般类对象一样，都是分配在进程的堆空间中，并非线程的局部数据，所以要考虑数据访问冲突问题

在这里有两个东西必须明确：一个是线程是一个动态的概念；另一个是类的实例化细节。

所谓线程是动态的概念就是说：必须在执行的情况下讨论线程代码才是有意义的，在静止状态下，这是没有意义的。比如说，一般情况下，Execute方法中的代码我们可以说是线程代码，那是因为在正常情况下，它是被实际的线程代码ThreadProc（见前文）所调用的，是在线程中被执行的。但是这只是通常情况，举一个极端的例子：如果把线程类的Execute放到public里，然后在主线程中调用Execute，这时就不能说Execute是线程代码，因为它是被主线程调用，本质上来说，它就是主线程代码。

反过来说，所有被线程方法（如正常情况下的Execute）直接或间接（但不是通过Synchronize或类似的方法）调用到的代码都是线程代码，如在Execute中调用线程类以外的代码。这就是为什么在线程中访问VCL组件必须通过Synchronize，因为否则的话就是多线程访问，可能导致数据访问冲突。但通过Synchronize，可以将子线程要执行代码通过消息传递给主线程，由主线程来执行，这样的话，这段代码就不是子线程代码，而是一般的主线程代码，所以就没有问题了。

举个说明问题的例子：

TDemo1Thread = class(TThread)

private

FData : Integer;

protected

procedure Execute; override;

public

procedure Foo;

end;

procedure TDemo1Thread.Execute;

begin

Foo;

Form1.Caption := ‘Changed by thread’; // 错误：使用了不是线程安全的VCL操作

end;

procedure TDemo1Thread.Foo;

begin

FData := FData + 1;

end;

// 在主线程中调用

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);

Var

t : TDemo1Thread;

begin

t := TDemo1Thread.Create( false );

t.Foo; // 错误：Foo中操作了数据成员FData，且Foo同时被Execute调用，存在访问冲突

t.Free;

end;

其中的过程Foo就是同时被Execute和主线程调用，当它被Execute调用执行时就是（子）线程代码，当它被主线程调用执行时就不是。而在Execute里通过Form1的Caption属性修改窗体标题使TForm的SetCaption代码变成线程代码，因为VCL不是线程安全的，所以这种操作可能导致不可预料的后果。同时，由于在Foo中修改了数据成员FData，当子线程和主线程都可能调用Foo的情况下，可能导致数据访问冲突。关于访问冲突的具体分析见前文。

如下图是一个典型的线程类应用的执行情况。很明显，其中的线程类代码中，只有Execute方法是线程代码，因为它被真正的线程方法ThreadProc所调用，而线程类的构造器Create和受Synchronize保护的SyncProc都是主线程代码。但如果SyncProc是直接在Execute中被调用，而不是通过Synchronize，则它也会成为线程代码。

再来看类的实例化细节。线程类的实例化与一般类大体相同，但也有其不同之处，最大的不同就是，它在进行实例化的同时还创建了一个线程（即ThreadProc的执行）。

对于一般类的实例化来说：首先是调用类构造器(Constructor)Create，而Create的工作首先就是在进程的堆空间中分配类的数据区（包括类的数据成员和一些必要额外数据），然后把这个数据区的指针作为Self参数调用Create完成构造工作。此后，我们所用到的类实例，其实具体的就是这个数据区。比如我们要调用某个类实例（SomeObject）的某成员方法(SomeMemberMethod)如下：

SomeObject.SomeMemberMethod(Parameters);

其实就等效于：

TSomeClass.SomeMemberMethod(SomeObject, Parameters);

其中TSomeClass就是类实例SomeObject对应的类，而相应的，类实例SomeObject被作为隐含参数Self传递到方法内部。

而在方法内部访问类数据成员（SomeMemberData）时：

Function TSomeClass.SomeMemberMethod(Parameters) : SomeType; // 因为实际上Self是隐含传递的

Begin

Result := SomeMemberData;

End;

其实等效于Self.SomeMemberData。

对于线程类的情况，与上面说的基本相同。

但是有一个最大的不同就在于：线程类实例会创建自己独立的栈（由线程函数ThreadProc隐含创建），而普通类是使用主线程栈的。这就是意味着，在子线程中使用局部变量是安全的，因为局部变量是分配在栈中的。各个线程都有自己的栈（包括主线程），而且一般情况下是无法直接访问别的线程的栈空间的，除非是一些极端的情况（如将局部变量通过指针传给其它线程供操作），局部变量都不需要访问冲突保护。

但这不表示线程类数据成员（如前面的FData）安全，因为它们是分配在进程的堆空间中。当然，每个线程类对象都有各自独立的数据成员，正常情况下只要不互相访问，它们仍然是安全的。但是如果需要让别的线程，特别是主线程使用线程类数据成员，就一定要考虑到访问冲突保护的问题（如前面的例子，FData通过Foo函数导致了主线程对它的访问），因为这种冲突访问通常是通过线程类本身的方法/属性间接进行的，有时很容易被忽视。

实现后的线程类运行时情况如下图：

代码区数据区

在派生线程类中，最后要说的是：经常检查Terminated属性。因为正常的线程结束方式是执行完线程代码返回（不是返回主线程，是返回操作系统）后即结束。所以，如果要在线程中执行长时间的操作又需要能随时中断，推荐的办法是将长时间的操作分成很多短的操作（时间限制为在交互操作中表现的延时在可以接受的范围内，如可以接受在按下取消按钮后一秒钟内取消操作，则短操作的时间不能长于一秒钟），然后用循环来执行这些短操作，并且在每次循环时检查Terminated属性，一旦检测到Terminated为true，就可以立即取消操作。通常用下面这样的代码来实现：

procedure TDemo1Thread.Execute;

begin

While ( Not Terminated ) Do

Begin

// 短操作

End;

end;

<未完待续>

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