Delphi中有一個執行緒類TThread是用來實現多執行緒程式設計的,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
不是多執行緒程式設計的全部,此文的目的在於對此作一個補充。
執行緒本質上是程式中一段併發執行的程式碼。一個程式至少有一個執行緒,即所謂的主執行緒。同時還可以有多個子執行緒。 當一個程式中用到超過一個執行緒時,就是所謂的“多執行緒”。 那麼這個所謂的“一段程式碼”是如何定義的呢?其實就是一個函式或過程(對Delphi而言)。 如果用Windows API來建立執行緒的話,是通過一個叫做CreateThread的API函式來實現的,它的定義為: HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, DWORD dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId );
其各引數如它們的名稱所說,分別是:執行緒屬性(用於在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,建立標誌(用於設定執行緒建立時的狀態),執行緒ID,最後返回執行緒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裡提供了一個通用的執行緒函式(理論上 可以在任何支援執行緒的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程式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 最大不同在於,執行緒函式一啟動,這三個執行緒啟動函式就返回了,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,什麼時候返回,主執行緒是不管也不知道的。 正常情況下,執行緒函式返回後,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會為執行緒建立一個內部Object,如在Windows中那個Handle便是這 個內部Object的Handle,所以線上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執行緒程式設計了,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,不能生成例項),然後是Override抽象方法:Execute(這就是執行緒函式,也就是線上程中執行的程式碼 部分),如果需要用到可視VCL物件,還需要通過Synchronize過程進行。關於之方面的具體細節,這裡不再贅述,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類的實現。因為只是真正地 瞭解了它,才更好地使用它。 下面是DELPHI7中TThread類的宣告(本文只討論在Windows平臺下的實現,所以去掉了所有有關Linux平臺部分的程式碼 ):
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裡算是比較簡單的類,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。 首先就是建構函式: 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; 雖然這個建構函式沒有多少程式碼,但卻可以算是最重要的一個成員,因為執行緒就是在這裡被建立的。 在通過Inherited呼叫TObject.Create後,第一句就是呼叫一個過程: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性變數來統計程式中的執行緒數。只是這裡用於增減變數的並不是常用的 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現細節上的不同: 一般來說,對記憶體資料加一的操作分解以後有三個步驟: 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,所以這裡出現了 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後,執行緒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“執行緒訪問衝突”的情況,這也就是為什麼執行緒之間需要“同步”(Synchronize),關於這 個,在後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一詞應該是指後面一種 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,只是在這裡說明一下,因為軟體開發是一項細緻的工作,該弄清楚的 ,絕不能含糊。
扯遠了,回到TThread的建構函式上,接下來最重要就是這句了: FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID); 這裡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,即線上程中執行的程式碼部分。第四個引數則是傳遞給執行緒函式的引數,在這裡就是建立的執行緒 物件(即Self)。其它的引數中,第五個是用於設定執行緒在建立後即掛起,不立即執行(啟動執行緒的工作是在 AfterConstruction中根據CreateSuspended標誌來決定的),第六個是返回執行緒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,而是一個全域性函式 (因為BeginThread過程的引數約定只能用全域性函式)。下面是它的程式碼:
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; 雖然也沒有多少程式碼,但卻是整個TThread中最重要的部分,因為這段程式碼是真正線上程中執行的程式碼。下面對程式碼作 逐行說明: 首先判斷執行緒類的Terminated標誌,如果未被標誌為終止,則呼叫執行緒類的Execute方法執行執行緒程式碼,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程式碼。
所以說,Execute就是執行緒類中的執行緒函式,所有在Execute中的程式碼都需要當作執行緒程式碼來考慮,如防止訪問衝突等。 如果Execute發生異常,則通過AcquireExceptionObject取得異常物件,並存入執行緒類的FFatalException成員中。 最後是執行緒結束前做的一些收尾工作。區域性變數FreeThread記錄了執行緒類的FreeOnTerminated屬性的設定,然後將線 程返回值設定為執行緒類的返回值屬性的值。然後執行執行緒類的DoTerminate方法。
DoTerminate方法的程式碼如下: 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方法的程式碼如下,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,所以本質上它並不是執行緒程式碼,而是主執行緒程式碼(具體見後面對 Synchronize的分析)。
執行完OnTerminate後,將執行緒類的FFinished標誌設定為True。接下來執行SignalSyncEvent過程,其程式碼如下: procedure SignalSyncEvent; begin SetEvent(SyncEvent); end;
也很簡單,就是設定一下一個全域性Event:SyncEvent,關於Event的使用,本文將在後文詳述,而SyncEvent的用途將 在WaitFor過程中說明。
然後根據FreeThread中儲存的FreeOnTerminate設定決定是否釋放執行緒類,線上程類釋放時,還有一些些操作,詳見接 下來的解構函式實現。 最後呼叫EndThread結束執行緒,返回執行緒返回值。至此,執行緒完全結束。 說完建構函式,再來看解構函式: 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;
線上程物件被釋放前,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,並且執行緒結束標誌未設 置),則呼叫Terminate過程結束執行緒。Terminate過程只是簡單地設定執行緒類的Terminated標誌,如下面的程式碼:
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後才行,而不是立即終止執行緒,這一點要注意。
在這裡說一點題外話:很多人都問過我,如何才能“立即”終止執行緒(當然是指用TThread建立的執行緒)。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儘快終止,必須在 Execute方法中在較短的時間內不斷地檢查Terminated標誌,以便能及時地退出。這是設計執行緒程式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,那麼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。
如果執行緒處於啟動掛起狀態,則將執行緒轉入執行狀態,然後呼叫WaitFor進行等待,其功能就是等待到執行緒結束後才繼 續向下執行。關於WaitFor的實現,將放到後面說明。
執行緒結束後,關閉執行緒Handle(正常執行緒建立的情況下Handle都是存在的),釋放作業系統建立的執行緒物件。 然後呼叫TObject.Destroy釋放本物件,並釋放已經捕獲的異常物件,最後呼叫RemoveThread減小程式的執行緒數。
其它關於Suspend/Resume及執行緒優先順序設定等方面,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其實相當於一個全域性的布林變數。它有兩個賦值操作 :Set和Reset,相當於把它設定為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可以實現一般布林變數不能實現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,呼叫WaitFor的執行緒處於掛起狀態。另外WaitFor有一個引數用於超時設定,如果此引數為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 毫秒數後返回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而掛起的執行緒,這就是它為什麼叫Event的原 因。所謂“事件”就是指“狀態的轉換”。通過Event可以線上程間傳遞這種“狀態轉換”資訊。
當然用一個受保護(見下面的臨界區介紹)的布林變數也能實現類似的功能,只要用一個迴圈檢查此布林值的程式碼來 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,這樣的等待會佔用大量的CPU資源,降低系統 效能,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。它其實也是相當於一個全域性的布林變數。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於臨 界區中。這兩個操作也是原語,所以它可以用於在多執行緒應用中保護共享資料,防止訪問衝突。
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設定進入臨界區標誌,然後再運算元據, 最後呼叫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後,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,然後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離開後,此執行緒就會被喚醒,並設定臨界區標誌,開始運算元 據,這樣就防止了訪問衝突。
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. 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。
關於臨界區的使用,有一點要注意:即資料訪問時的異常情況處理。因為如果在資料操作時發生異常,將導致Leave操 作沒有被執行,結果將使本應被喚醒的執行緒未被喚醒,可能造成程式的沒有響應。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 // 操作臨界區資料 Finally LeaveCriticalSection End;
最後要說明的是,Event和CriticalSection都是作業系統資源,使用前都需要建立,使用完後也同樣需要釋放。如 TThread類用到的一個全域性Event:SyncEvent和全域性CriticalSection:TheadLock,都是在 InitThreadSynchronization和DoneThreadSynchronization中進行建立和釋放的,而它們則是在Classes單元的 Initialization和Finalization中被呼叫的。
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的建構函式引數過多,為了簡單起見,Delphi還提供了一個用預設引數初始化的Event類:TSimpleEvent。
順便再介紹一下另一個用於執行緒同步的類: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是通過將部分程式碼放到主執行緒中執行來實現執行緒同步的,因為在一個程式中,只有一個主執行緒 。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是一個記錄型別: PSynchronizeRecord = ^TSynchronizeRecord; TSynchronizeRecord = record FThread: TObject; FMethod: TThreadMethod; FSynchronizeException: TObject; end;
用於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,同步方法及發生的異常。 在Synchronize中呼叫了它的一個過載版本,而且這個過載版本比較特別,它是一個“類方法”。所謂類方法,是一種 特殊的類成員方法,它的呼叫並不需要建立類例項,而是像建構函式那樣,通過類名呼叫。之所以會用類方法來實現 它,是因為為了可以線上程物件沒有建立時也能呼叫它。不過實際中是用它的另一個過載版本(也是類方法)和另一 個類方法StaticSynchronize。下面是這個Synchronize的程式碼:
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; 這段程式碼略多一些,不過也不算太複雜。 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後返回。 如果不是主執行緒,則準備開始同步過程。 通過區域性變數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;
然後建立一個Event,接著進入臨界區(通過全域性變數ThreadLock進行,因為同時只能有一個執行緒進入Synchronize狀 態,所以可以用全域性變數記錄),然後就是把這個記錄資料存入SyncList這個列表中(如果這個列表不存在的話,則 建立它)。可見ThreadLock這個臨界區就是為了保護對SyncList的訪問,這一點在後面介紹CheckSynchronize時會再 次看到。
再接下就是呼叫SignalSyncEvent,其程式碼在前面介紹TThread的建構函式時已經介紹過了,它的功能就是簡單地將 SyncEvent作一個Set的操作。關於這個SyncEvent的用途,將在後面介紹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。這裡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,將需要同步的過程放到主執行緒中 執行,如果在一些沒有訊息迴圈的應用中(如Console或DLL)是無法使用的,所以要使用這個事件進行處理。 而響應這個事件的是Application物件,下面兩個方法分別用於設定和清空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類的建構函式和解構函式中被呼叫。 這就是在Application物件中WakeMainThread事件響應的程式碼,訊息就是在這裡被髮出的,它利用了一個空訊息來實現:
procedure TApplication.WakeMainThread(Sender: TObject); begin PostMessage(Handle, WM_NULL, 0, 0); end;
而這個訊息的響應也是在Application物件中,見下面的程式碼(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,由於它比較複雜,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的程式碼。 在執行完WakeMainThread事件後,就退出臨界區,然後呼叫WaitForSingleObject開始等待在進入臨界區前建立的那個 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,在後面分析CheckSynchronize時會再說明。 注意在WaitForSingleObject之後又重新進入臨界區,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。那麼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;
上面的程式碼和原來的程式碼最大的區別在於把WaitForSingleObject也納入臨界區的限制中了。看上去沒什麼影響,還使 程式碼大大簡化了,但真的可以嗎? 事實上是不行!
因為我們知道,在Enter臨界區後,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後才會被喚醒。如果改成上面那樣的程式碼的話,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(關於死鎖的理論,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! 最後釋放開始時建立的Event,如果被同步的方法返回異常的話,還會在這裡再次丟擲異常。
回到前面CheckSynchronize,見下面的程式碼:
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),否則就丟擲異常。 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版下都是呼叫預設引數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,所以需要一個列表來記錄它們。 在這裡用一個區域性變數LocalSyncList來交換SyncList,這裡用的也是一個原語:InterlockedExchange。同樣,這裡 也是用臨界區將對SyncList的訪問保護起來。 只要LocalSyncList不為空,則通過一個迴圈來依次處理累積的所有同步方法呼叫。最後把處理完的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)第一個同步方法呼叫資料。然後退出臨界區 (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異常,將被捕獲後存入同步方法資料記錄中。 重新進入臨界區後,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的實現介紹完成。
最後來說一下WaitFor,它的功能就是等待執行緒執行結束。其程式碼如下: 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,然後迴圈等待,直到執行緒結 束(即MsgWaitForMultipleObjects返回WAIT_OBJECT_0,詳見MSDN中關於此API的說明)。 在迴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(但並不把它從訊息迴圈中移除),然後 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),則呼叫CheckSynchronize處理同步方法。 為什麼在主執行緒中呼叫WaitFor必須用MsgWaitForMultipleObjects,而不能用WaitForSingleObject等待執行緒結束呢? 因為防止死鎖。由於線上程函式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,則主執行緒在這裡被掛起,同步方法無法執行,導致執行緒也被掛起,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,至於加上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並處理同步呼叫,在呼叫完成後 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,所以在其中的程式碼中必須在適當的地方加入足夠多 的對Terminated標誌的判斷,並及時退出。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、 執行緒通訊可以採用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。