Delphi中线程类TThread实现多线程编程2---事件、临界区、Synchronize、WaitFor……
接着上文介绍TThread。
现在开始说明 Synchronize和WaitFor
但是在介绍这两个函数之前,需要先介绍另外两个线程同步技术:事件和临界区
事件(Event)
事件(Event)与Delphi中的事件有所不同。从本质上讲,Event其实就相当于一个全局的布尔变量。它有两个赋值操作:Set和ReSet,相当于把它设置为 True或False。而检查它的值是通过WaitFor操作进行。对应在Windows平台上,是三个API函数:SetEvent、ResetEvent、WaitForSignalObject(实现WaitFor功能的API还有几个,这是最简单的一个)。
这三个都是原语,所以Event可以实现一般布尔变量不能实现的在多线程中的应用。Set和Reset的功能前面已经说过了,现在来说一下WaitFor的功能:
WaitFor的功能是检查Event的状态是不是为Set状态(相当于True),如果是则立即返回,如果不是,则等待它变为Set状态,在等待期间,调用WaitFor的线程处于挂起状态。另外WaitFor有一个参数用于超时设置,如果此参数为0,则不等待,立即返回Event的状态,如果是INFINITE则无线等待这,直到Set状态发生,若是一个有限的数值,则等待相应的毫秒数之后返回Event的状态
当Event从Reset状态向Set状态转换时,唤醒其他由于WaitFor这个Event而挂起的线程,这就是他为什么叫Event的原因。所谓“事件”就是指“状态的转换”。通过Event可以在线程间传递这种“状态转换”信息。
当然用一个受保护(见下面的临界区介绍——)的布尔变量也能实现类似的功能,只要用一个循环检查此布尔值的代码来代替WaitFor即可,从功能上说完全没有问题,但是实际使用中就会发现,这样会占用大量的CPU资源,降低系统性能,影响到别的线程的执行速度,所以是不经济的,有时候甚至可能出问题,所以不建议这么做
临界区(Critical Section)
临界区则是一项共享数据访问保护的技术。它其实也是相当于一个全局的布尔变量。但对它的操作有所不同,它只有两个操作:Enter和Leave,同样可以把它的两个状态当做True和False,分别表示现在是否处于临界区中。这两个操作也是原语,所以它可以用在多线程应用中保护共享数据,防止访问冲突
用临界区保护共享数据的方法很简单:在每次要共享数据之前调用Enter设置进入临界区标识,然后再操作数据,最后调用Leave离开临界区。它的保护原理是这样的:当一个线程进入临界区之后,如果此时另一个线程也要访问这个数据,则它会在调用Enter时,发现已经有线程进入临界区,然后此线程就会被挂起,等待当前在临界区的线程调用Leave离开临界区,当另一个线程完成操作时,调用Leave离开后,次线程就会被唤醒,并设置临界区标志,开始操作数据,这样就防止了访问冲突
以前面那个InterlockedIncrement为例,我们用CriticalSection(Windows API)来实现它
varInterlockedCrit: TRTLCriticalSection;
procedure InterlockedIncrement(var aValue: Integer);
beginEnterCriticalSection(InterlockedCrit);Inc(aValue);LeaveCriticalSection(InterlockedCrit);
end;
注意使用临界区的语法格式:先Enter临界区,再对某个数据进行操作,然后Leave临界区
现在再来看前面的那个例子(在上篇博客里)
1)线程A进入临界区(假设数据为3)
2)线程B进入临界区,因为此时A已经在临界区中,所以B被挂起
3)线程A对数据加一(现在是4)
4)线程A离开临界区,唤醒线程B(现在内存中的数据是4)
5)线程B被唤醒,对数据加一(现在就是5)
6)线程B离开临界区,现在的数据就是正确的了
临界区就是这样保护共享数据的访问
关于临界区的使用,有一点要注意:即数据访问时的异常情况处理。因为如果在数据操作时发生异常,将导致Leave操作没有被执行,结果将使本应该被唤醒的线程未被唤醒,可能造成程序的没有响应。所以一般来说,如下面这样访问临界区才是正确的做法:
EnterCriticalSection( InterlockedCrit );
try//操作临界区数据
finallyLeaveCriticalSection( InterlockedCrit );
end;
最后要说的是,Event和CriticalSection都是操作系统资源,使用前都需要创建,使用完成之后也同样需要释放。如
TThread类用到的一个全局Event:SyncEvent 和全局CriticalSection: ThreadLock,都是在InitThreadSynchronization和 DoneThreadSynchronization中进行创建和释放的,而它们则是在Classes单元的Initialization 和 Finalization 中被调用的。
由于在TThread中都是用API来操作Event和CriticalSection的,所以前面都是以API为例,其实Delphi已经提供它们的封装,在 SyncObjs单元中,分别是 TEvent类 和 TCriticalSection类。用法也和前面用API的方法相差无几。因为 TEvent的构造函数参数过多,为了简单起见,Delphi还提供了一个用默认参数初始化的 Event类: TSimpleEvent
顺便再介绍一下另一个用于线程同步的类:TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer, 它是在 SysUtils 单元里面定义的。据我所知,这是Delphi RTL中定义的最长的一个类名,还好它有一个短的别名: TMREWSync。至于他的用处,光看名字就可以知道了
有了前面对 Event和 CriticalSection的准备知识,可以正式开始讨论Synchronize和 WaitFor了。
我们知道,Synchronize是通过将部分代码放到主线程中执行来实现线程同步的,因为在一个进程中,只有一个主线程,先来看看Synchronize的实现
procedure TThread.Synchronize(Method: TTheadMethod);
beginFSynchronize.FThread:= Self;FSynchronize.FSynchronize.Exception:= nil;FSynchronize..FMethod:= Method;Synchronize(@FSynchronize);
end;
其中FSynchronize是一个记录类型:
PSynchronizeRecord= ^TSynchronizeRecord;
TSynchronizeRecord = recordFThread: TObject;FMethod: TThreadMethod;FSynchronizeException: TObject;
end;
用于进行线程和主线程之间进行数据交换,包括传入线程类对象,同步方法及发生的异常。
在Synchronize中调用它的一个重载版本,而且这个重载版本比较特别,它是一个“类方法”,所谓类方法,是一种特殊的类成员方法,它的调用并不需要创建类实例,而是想构造函数那样,通过类名调用。之所以会用类方法来实现它,是因为为了可以在线程对象还没有被创建的时候也能调用它。不过实际中用它的是另外一个重载版本(也是类方法)和另一个类方法StaticSynchronize。
下面是这个Synchronize的代码
class procedure TThread.Synchronize(ASyncRec: PSynchronizeRecord);
varSyncProc: TSyncProc;
beginif GetCurrentThreadID = MainThreadID thenASyncRec.FMethod// 首先是判断当前线程是否是主线程,如果是,则简单地执行同步方法后返回。elsebeginSyncProc.Signal := CreateEvent(nil, True, False, nil);{ 通过局部变量SyncProc记录线程交换数据(参数)和一个Event Handle,其记录结构如下:TSyncProc = recordSyncRec: PSynchronizeRecord;Signal: THandle;end; }tryEnterCriticalSection(ThreadLock);{接着进入临界区(通过全局变量ThreadLock进行,因为同时只能有一个线程进入Synchronize状态,所以可以用全局变量记录)}try{ 然后就是把这个记录数据存入SyncList这个列表中(如果这个列表不存在的话,则创建它)。 }if SyncList = nil thenSyncList := TList.Create;//SyncProc.SyncRec := ASyncRec;SyncList.Add(@SyncProc);{ 再接下就是调用SignalSyncEvent,其代码在前面介绍TThread的构造函数时已经介绍过了,它的功能就是简单地将SyncEvent作一个Set的操作。关于这个SyncEvent的用途,将在后面介绍WaitFor时再详述。 }SignalSyncEvent;{ 接下来就是最主要的部分了:调用WakeMainThread事件进行同步操作。WakeMainThread是一个TNotifyEvent类型的全局事件。这里之所以要用事件进行处理,是因为Synchronize方法本质上是通过消息,将需要同步的过程放到主线程中执行,如果在一些没有消息循环的应用中(如Console或DLL)是无法使用的,所以要使用这个事件进行处理。 }if Assigned(WakeMainThread) thenWakeMainThread(SyncProc.SyncRec.FThread);LeaveCriticalSection(ThreadLock);// 在执行完WakeMainThread事件后,就退出临界区tryWaitForSingleObject(SyncProc.Signal, INFINITE);{ 然后调用WaitForSingleObject开始等待在进入临界区前创建的那个Event。这个Event的功能是等待这个同步方法的执行结束,关于这点,在后面分析CheckSynchronize时会再说明。 }finallyEnterCriticalSection(ThreadLock);end;{ 注意在WaitForSingleObject之后又重新进入临界区,但没有做任何事就退出了,似乎没有意义,但这是必须的!因为临界区的Enter和Leave必须严格的一一对应。那么是否可以改成这样呢:if Assigned(WakeMainThread) thenWakeMainThread(SyncProc.SyncRec.FThread);WaitForSingleObject(SyncProc.Signal, INFINITE);finallyLeaveCriticalSection(ThreadLock);end;上面的代码和原来的代码最大的区别在于把WaitForSingleObject也纳入临界区的限制中了。看上去没什么影响,还使代码大大简化了,但真的可以吗?事实上是不行!因为我们知道,在Enter临界区后,如果别的线程要再进入,则会被挂起。而WaitFor方法则会挂起当前线程,直到等待别的线程SetEvent后才会被唤醒。如果改成上面那样的代码的话,如果那个SetEvent的线程也需要进入临界区的话,死锁(Deadlock)就发生了(关于死锁的理论,请自行参考操作系统原理方面的资料)。死锁是线程同步中最需要注意的方面之一!}finallyLeaveCriticalSection(ThreadLock);end;finallyCloseHandle(SyncProc.Signal);end;// 最后释放开始时创建的Event,如果被同步的方法返回异常的话,还会在这里再次抛出异常。if Assigned(ASyncRec.FSynchronizeException) thenraise ASyncRec.FSynchronizeException;end;
end;
这段代码略多一些,不过也不算复杂。
可见ThreadLock这个临界区就是为了保护对SyncList的访问,这一点在后面介绍CheckSynchronize时会再次看到。
而响应这个事件的是Application对象,下面两个方法分别用于设置和清空 WakeMainThread事件的响应(来自Forms单元)
procedure TApplication.HookSynchronizeWakeup;
beginClasses.WakeMianThread:= WakeMainThread;
end;procedure TApplication.UnhookSynchronizeWakeup;
beginClasses.WakeMainThread:= nil;
end;
上面这两个方法分别是在TApplication类的构造函数和析构函数中被调用。
这就是在Application对象中WakeMainThread事件响应的代码,消息就是在这里被发出的,它利用一个空消息来实现
procedure TApplication.WakeMainThread(Sender: TObject);
beginPostMessage(Handle, WM_NULL, 0, 0);
end;
而这个消息的响应也是在Application对象中,见下面的代码(删除无关的部分)
procedure TApplication.WndProc(var Message: TMessage);...begintry…with Message docase Msg of…WM_NULL:CheckSynchronize;…exceptHandleException(Self);end;end;
其中的CheckSynchronize也是定义在Classes单元中的,由于他比较复杂,暂时不详细说明,只要知道它是具体处理Synchronize功能的部分就好,回到前面CheckSynchronize,见下面的代码
function CheckSynchronize(Timeout: Integer = 0): Boolean;
varSyncProc: PSyncProc;LocalSyncList: TList;
begin// 首先,这个方法必须在主线程中被调用(如前面通过消息传递到主线程),否则就抛出异常。if GetCurrentThreadID <> MainThreadID thenraise EThread.CreateResFmt(@SCheckSynchronizeError, [GetCurrentThreadID]);{ 接下来调用ResetSyncEvent(它与前面SetSyncEvent对应的,之所以不考虑WaitForSyncEvent的情况,是因为只有在Linux版下才会调用带参数的CheckSynchronize,Windows版下都是调用默认参数0的CheckSynchronize)。 }if Timeout > 0 thenWaitForSyncEvent(Timeout)elseResetSyncEvent;{ 现在可以看出SyncList的用途了:它是用于记录所有未被执行的同步方法的。因为主线程只有一个,而子线程可能有很多个,当多个子线程同时调用同步方法时,主线程可能一时无法处理,所以需要一个列表来记录它们。 }LocalSyncList := nil;EnterCriticalSection(ThreadLock);tryInteger(LocalSyncList) := InterlockedExchange(Integer(SyncList),Integer(LocalSyncList));tryResult := (LocalSyncList <> nil) and (LocalSyncList.Count > 0);if Result thenbegin{ 在这里用一个局部变量LocalSyncList来交换SyncList,这里用的也是一个原语:InterlockedExchange。同样,这里也是用临界区将对SyncList的访问保护起来。只要LocalSyncList不为空,则通过一个循环来依次处理累积的所有同步方法调用。最后把处理完的LocalSyncList释放掉,退出临界区。 }while LocalSyncList.Count > 0 dobegin{ 再来看对同步方法的处理:首先是从列表中移出(取出并从列表中删除)第一个同步方法调用数据。然后退出临界区(原因当然也是为了防止死锁)。接着就是真正的调用同步方法了。 }SyncProc := LocalSyncList[0];LocalSyncList.Delete(0);LeaveCriticalSection(ThreadLock);trytrySyncProc.SyncRec.FMethod;except // 如果同步方法中出现异常,将被捕获后存入同步方法数据记录中。SyncProc.SyncRec.FSynchronizeException := AcquireExceptionObject;end;finallyEnterCriticalSection(ThreadLock);{ 重新进入临界区后,调用SetEvent通知调用线程,同步方法执行完成了(详见前面Synchronize中的WaitForSingleObject调用)。 }end;SetEvent(SyncProc.signal);end;end;finallyLocalSyncList.Free; // 等list的序列全部执行完后,释放list的资源end;finallyLeaveCriticalSection(ThreadLock);end;
end;
至此,整个Synchronize的实现介绍完成。
function TThread.WaitFor: LongWord;
varH: array [0 .. 1] of THandle;WaitResult: Cardinal;Msg: TMsg;
beginH[0] := FHandle;if GetCurrentThreadID = MainThreadID thenbeginWaitResult := 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 thenPeekMessage(Msg, 0, 0, 0, PM_NOREMOVE);WaitResult := MsgWaitForMultipleObjects(2, H, False, 1000,QS_SENDMESSAGE);CheckThreadError(WaitResult <> WAIT_FAILED);if WaitResult = WAIT_OBJECT_0 + 1 thenCheckSynchronize;until WaitResult = WAIT_OBJECT_0;endelseWaitForSingleObject(H[0], INFINITE);CheckThreadError(GetExitCodeThread(H[0], Result));
end;
如果不是在主线程中执行WaitFor的话,很简单,只要调用 WaitForSignalObject 等待此线程的Handle为Signaled状态即可
如果是在主线程中执行WaitFor则比较麻烦。首先要在Handle数组中增加一个SyncEvent,然后循环等待,直到线程结束(即MsgWaitForMultipleObjects返回WAIT_OBJECT_0,详见MSDN中关于此API的说明)。
转载于:https://www.cnblogs.com/xumenger/p/4449925.html
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