Delphi中线程类TThread实现多线程编程1---构造、析构……
参考:http://www.cnblogs.com/rogee/archive/2010/09/20/1832053.html
Delphi中有一个线程类TThread是用来实现多线程编程的,这个绝大多数的Delphi书籍都有讲到,但是基本上都是对TThread类的几个成员作一简单介绍,再说明一个 Execute的实现和 Synchronize 的用法就完了。然而这并不是多线程编程的全部。
线程本质上是进程中一段并发运行的代码。一个进程至少有一个线程,即所谓的主线程。同时还可以有多个子线程。当一个进程中用到超过一个线程时,就是所谓的“多线程”
那么这个所谓的“一段代码”是如何定义的呢?其实就是一个函数或过程(对Delphi而言)
如果用Windows API来创建线程的话,是通过一个叫做 CreateThread的API函数来实现的,它的定义是
HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, //线程属性(用于在NT下进行线程的安全属性设置,在9X下无效)
DWORD dwStackSize, //堆栈大小
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, //起始地址
LPVOLD lpParameter, //参数
DWORD dwCreationFlags, //创建标志(用于设置线程创建时候的状态)
LPDWORD lpThreadId //线程ID
);
最后返回线程 Handle。其中的起始地址就是线程函数的入口,直至线程函数结束,线程也就结束了
因为CreateThread的参数很多,而且是Windows API,所以在 C Runtime Library里面提供了一个通用的线程函数(理论上是可以在任何支持线程的OS中使用):
unsigned long_beginthread(void(_USERENTRY *__start)(void*), unsigned __stksize, void * __arg);
Delphi也提供了一个相同功能的类似函数
function BeginThread(SecurityAttributes: Pointer;
StackSize: LongWord;
ThreadFunc: TThreadFunc;
Parameter: Pointer;
CreationFlags: LongWord;
var ThreadId: LongWord): Integer;
这三个函数的功能是基本相同的,它们都是将线程函数中大代码放到一个独立的线程中执行。线程函数与一般函数最大的不同在于,线程函数一启动,这三个线程启动函数就返回了,主线程继续向下执行,而线程函数在一个独立的线程中执行,它要执行多久,什么时候返回,主线程是不管也不知道的。
正常情况下,线程函数返回之后,线程就终止了。但是也有其他方式:
Windows API:
VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);
C Runtime Library:
void _endthread(void);
Delphi Runtime Library:
procedure EndThread(ExitCode: Integer);
为了记录一些必要的线程数据(状态/属性等),OS会为线程创建一个内部Object,如在Windows中那个Handle 便是这个内部Object的 Handle,所以在线程结束的时候还应该释放这个Object
虽然说用API 和 RTL(Runtime Library)已经可以很方便地进行多线程编程了,但是还是需要进行较多的细节处理,为此 Delphi在Classes单元中对线程做了一个较好的封装,这就是VCL的线程类: TThread
使用这个类也很简单,大多数的Delphi都有说,基本用法是:
1.先从TThread派生一个自己的线程类(因为TThread是一个抽象类,不能生成实例)
2.然后是Override抽象方法:Execute(这就是线程函数,也就是在线程中执行的代码部分)
3.如果需要用到可视VCL对象,还需要通过Synchronize过程进行
本文接下来要讨论的是TThread类是如何对线程进行封装的,也就是深入探究一下TThread类的实现。因为只有真正地了解它,才能更好的使用它
下面是Delphi 7 中TThread类的声明(本文只讨论 Windows平台下的实现,所以去掉了所有有关Linux平台部分的代码)
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类在Delphi的RTL里面算是比较简单的类,类成员也不多,类属性都很简单明白,本文将只对几个比较重要的类成员方法和唯一的事件:OnTerminate做详细分析
首先是构造函数
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.CreateRssFmt(@SThreadCreateError,[SysErrorMessage(GetLastError)]); end;
虽然这个构造函数没有多少代码,但是却可以算是最重要的一个成员,因为线程就是在这里被创建的。
在通过Inherited 调用TObject.Create之后,第一句就是调用一个过程:AddThread,其源码如下
procedure AddThread;
begin
InterlockedIncrement(ThreadCount);
end;
同样有对应的RemoveThread
procedure RemoveThread;
begin
InterlockedDecrement(ThreadCount);
end;
它们的功能很简单,就是通过增减一个全局变量来统计进程中的线程数。只是这里用于增减变量的并不是常用的Inc/Dec过程,而是用InterlockedIncrement/InterlockedDecrement这对过程。,它们实现的功能完全一样,都是对变量加一或减一。但是它们有一个最大的区别,那就是InterlockedIncrement/InterlockedDecrement是线程安全的。即它们在多线程下能保证执行结果的正确,而Inc/Dec不能。或者按操作系统理论中的术语来说,这是一对“原语”操作。以加一为例来说明二者实现细节上的不同:
一般而言,对内存数据加一的操作分解之后有三步:
1)从内存读出数据
2)数据加一
3)存入内存
现在假设在一个有两个线程的进程中用Inc进行加一操作,可能出现下面这种情况:
1)线程A从内存中读出数据(假设为3)
2)线程B也从内存中读出数据(也是3)
3)线程A对数据加一(现在是4)
4)线程B对数据加一(现在也是4)
5)线程A将数据存入内存(现在内存中的数据是4)
6)线程B也将数据存入内存(现在的内存中的数据还是4,但是两个线程都对它加了一,应该是5才对,所以这里出现了错误的结果
而用InterlockedIncrement过程则没有这个问题,因为所谓“原语”是一种不可中断的操作,即操作系统能保证在一个“原语”执行完毕之前不会进行线程切换。所以在上面的例子中,只有当线程A执行完并将数据存入到内存之后,线程B才可以开始从中取数并进行加一操作,这就保证了即使是在多线程情况下,结果一定会使正确的。
前面的那个例子也说明一种“线程访问冲突”的情况,这也是为什么线程之间需要“同步”(Synchronize),关于这个,在后面说到同步的时候还会再详细讨论
说到同步,有一个题外话:加拿大滑铁卢大学的教授李明曾就Synchronize一词在“线程同步”中被译作“同步”提出过异议,个人认为他说的其实很有道理。在中文中“同步”的意思是“同时发生”,而“线程同步”目的就是避免这种“同时发生”的事情。而在英文中,Synchronize的意思有两个:一个是传统意义上的同步(To occur at the same time),另一个是“协调一致”(To operate in unison)。在“线程同步”中的Synchronize一词应该是指后面一种意思,即“保证多个线程在访问同一数据时,保持协调一致,避免出错”。不过像这样译得不准的词在IT业还有很多,既然已经是约定俗成了,本文也将继续沿用,只是在这里说明一下,因为软件开发是一项细致的工作,该弄清楚的,绝不能含糊。
扯远了,回到TThread的构造函数上,接下来最重要的就是这句了
FHandle:= BeginThread(nil, 0, @ThreadProc(Self), Create_SUSPENDED, FThreadID);
这里就用到了前面所说的Delphi RTL函数BeginThread,它有很多参数,关键是第三、四两个参数。第三个参数就是前面说到的线程函数,即在线程中执行的代码部分。第四个参数则是传递给线程函数的参数,这里就是创建的线程对象(即Self)。其他的参数中,第五个是用于设置线程在创建之后即挂起,不立即执行(启动线程的工作实在 AfterConstruction中根据 CtreateSuspended标识来决定的),第六个是返回线程ID
现在来看 TThread的核心:线程函数ThreadProc。有意思的是这个线程类的核心却不是线程的成员,而是一个全局函数(因为BeginThread过程的参数约定只能用全局函数)。下面是它的代码
fucntion 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;
虽然这里也没有多少代码,但却是整个TThread中最重要的部分,因为这段代码是真正在线程中执行的代码。下面对代码做逐行说明:
首先判断线程类的Terminated 标识,如果未被标志位终止,则调用线程类的Execute方法执行线程代码,因为TThread是抽象类,Execute方法是抽象方法,所以本质上是执行派生类中的Execute代码。
所以说,Execute 就是线程类中的线程函数,所有在Execute 中的代码都需要被当做线程代码来考虑。如防止访问冲突等。如果Execute发生异常,则通过AcquireExceptionObject取得异常对象,并存入线程类的FFatalException成员中
最后是线程结束之前做的一些收尾工作。局部变量FreeThread记录了线程类的FreeOnTerminate属性的设置,然后将线程返回值设置为线程类的返回值属性的值。然后执行线程类的 DoTerminate方法
DoTerminate方法的代码如下
procedure TThread.DoTerminate;
begin
if Assigned(FOnTerminate) then
Synchronize(CallOnTerminate);
end;
很简单,就是通过Synchronize 来调用 CallOnTerminate 方法,而CallOnTerminate 方法的代码如下,就是简单地调用OnTerminate 事件:
procedure TThread.CallOnTerminate;
begin
if Assigned(FOnTerminate) then
FOnTerminate(Self);
end;
因为 OnTerminate事件是在 Synchronize 中执行的,所以本质上它并不是线程代码,而是主线程代码(具体见后面对Synchronize的分析)
执行完OnTerminate之后,将线程类的 FFinished标志设置为True。接下来执行SignalSyncEvent过程,其代码如下
procedure SignalSyncEvent
begin
SetEvent(SyncEvent);
end;
也很简单,就是设置一下一个全局变量Event:SyncEvent,关于Event 的使用,本文将在后文详述,而SyncEvent 的用途将在 WaitFor过程中说明
然后根据 FreeThread中保存的FreeOnTerminate设置决定是否释放线程类,在线程类释放时,还有一些操作,详见下面的析构函数实现。
最后调用 EndThread 结束线程,返回线程返回值。至此,线程完全结束。
说完构造函数,再看析构函数
destructor TThread.Destory;
begin
if (FThreadID <> 0) and not FFinished then
begin
Terminate;
if FCreateSuspended then
Resume;
WaitFor;
end;
if FHandle <> 0 then
CloseHandle(FHandle);
inherited Destory;
FFatalException.Free;
RemoveThread;
end;
在线程对象被释放之前,首先要检查线程是否还在执行中,如果线程还在执行中(线程ID不为0,并且线程结束标志未设置),则调用Terminate 过程结束线程。Terminate 过程知识简单地设置线程类的 Terminated标志,如下面的代码:
procedure TThread.Terminate;
begin
FTerminated:= True;
end;
所以线程仍然必须继续执行到正常结束之后才行,而不是立即终止线程,这一点要注意
在这里说一些题外话:很多人问过我,如何才能“立即”终止线程(当前是指用TThread 创建的线程)。结果当然是不行!终止线程的唯一的方法就是让Execute 方法执行完毕,所以一般来说,要让你的线程能尽快终止,必须在Execute 方法中在较短的时间内不断检查Terminated标志,以便能及时地退出。这是设计线程代码的一个很重要的原则!
当然如果你一定要能“立即”退出线程,那么TThread 类不是一个好的选择,因为如果用API强制终止线程的话,最终会导致TThread 线程对象不能被正确释放,在对象析构时出现 Access Violation。这种情况你只能使用API或者RTL函数来创建线程
如果线程结束处于启动挂起状态,则线程转入到运行状态,然后调用WaitFor进行等待,其功能就是等待到线程结束后才继续向下执行。关于WaitFor的实现,将放到后面说明。
线程结束后,关闭线程Handle(正常线程创建的情况下Handle都是存在的),释放操作系统创建的线程对象。
然后调用TObject.Destory 释放本对象,并释放已经捕获的异常对象,最后调用RemoveThread减少进程的线程数
其他关于 Suspend/Resume及线程优先级设置等方面,不是本文的重点,不再赘述。下面讨论的是本文的另两个重点:Synchronize和WaitFor。具体的见下一篇博客
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