Visual Studio调试器指南---多线程应用程序调试(一）

线程是操作系统向其授予处理器时间的指令序列。在操作系统中运行的每个进程都包含至少一个线程。包含多个线程的进程称为多线程。有多个处理器、多核处理器或超线程进程的计算机可以同时运行多个线程。使用多个线程的并行处理可以极大地提高程序性能，但也可能导致调试变得更加困难，因为正在跟踪多个线程。

多线程处理可能会引入新类型的潜在 bug。例如，两个或多个线程可能需要访问同一资源，但是一次只能有一个线程可以安全地访问该资源。需要某种形式的互斥才能确保每次只有一个线程访问该资源。如果未正确实现互斥，则可能会创建不会执行任何线程的死锁情况。死锁通常是一个难以调试的问题。

用于调试多线程应用的工具

Visual Studio 提供不同的工具用于调试多线程应用程序。

对于线程，调试线程的主要工具有 "线程" 窗口、源窗口中的线程标记、"并行堆栈" 窗口、"并行监视" 窗口和 "调试位置" 工具栏。
对于使用任务并行库（TPL）或并发运行时的代码，用于调试的主要工具是 "并行堆栈" 窗口、"并行监视" 窗口和 "任务" 窗口，该窗口还支持JavaScript.
对于调试 GPU 上的线程，主要工具是“GPU 线程”窗口。
对于进程，主要工具是“附加到进程”对话框、“进程”窗口和“调试位置”工具栏。

Visual Studio 还提供功能强大的断点和跟踪点，在调试多线程应用程序时，这会很有用。使用断点条件和筛选器将断点置于单个线程上。使用跟踪点可以在不中断的情况下跟踪程序的执行，从而研究死锁之类的问题。

调试具有用户界面的多线程应用程序可能会特别困难。可以考虑在另一台计算机上运行应用程序并使用远程调试。

使用 "线程" 窗口调试多线程应用

多个 Visual Studio 用户界面元素可帮助调试多线程应用。下面介绍 "代码编辑器" 窗口、"调试位置" 工具栏和 "线程" 窗口中的多线程调试功能。

“启动调试”

在 代码行上设置断点，方法是单击左侧的滚动条线，或选择线条并按F9。断点在代码行旁边的左侧滚动条中显示为红色圆圈。
选择 "调试" > "开始调试"，或按F5。

应用程序在调试模式下启动，并在断点处暂停。
在中断模式下，通过选择 "调试" > Windows > 线程打开 "线程" 窗口。你必须在调试会话中才能打开或查看线程和其他调试窗口。

检查线程标记

"线程" 窗口中右键单击，然后选择菜单中的 "在源中。

源代码行旁边的装订线现在显示一个线程标记图标。线程标记指示线程在此位置停止。如果该位置有多个已停止的线程，则会显示图标。
将指针悬停在线程标记上。显示数据提示，并显示已停止的线程或线程的名称和线程 ID 号。线程名称可能 <No Name>。

为了帮助识别不需要的线程，您可以在 "线程" 窗口中重命名它们。右键单击该线程，然后选择 "重命名"。
右键单击源代码中的线程标记可查看快捷菜单上的可用选项。

标记线程和取消标记线程

您可以标记线程以跟踪您要特别注意的线程。

在源代码编辑器或 "线程" 窗口中标记和取消标记线程。从 "调试位置" 或 "线程" 窗口工具栏中选择是仅显示标记的线程还是显示所有线程。从任何位置进行的选择将影响所有位置。

在源代码中标记和取消标记线程

通过选择 "视图" > 工具栏 > 调试位置，打开 "调试位置" 工具栏。还可以在工具栏区域中右键单击，然后选择 "调试位置"。
"调试位置" 工具栏有三个字段： "进程"、"线程" 和 "堆栈帧"。下拉线程列表，并记下有多少线程。在线程列表中，当前正在执行的线程由 > 符号标记。
在源代码窗口中，将鼠标悬停在滚动条中的一个线程标记图标上，并在数据提示中选择标志图标（或一个空标志图标）。标志图标变为红色。

您还可以右键单击线程标记图标，指向 "标志"，然后从快捷菜单中选择要标记的线程。
在 "调试位置" 工具栏上，选择 "仅显示标记的线程" 图标在 "线程" 字段的右侧。除非标记一个或多个线程，否则图标为灰显。

只有已标记的线程才会出现在工具栏的 "线程" 下拉列表中。若要再次显示所有线程，请再次选择 "仅显示标记的线程" 图标。

提示

标记了某些线程后，可以将光标放在代码编辑器中，右键单击，然后选择 "将标记的线程运行到光标处"。请确保选择所有已标记的线程将达到的代码。将标记的线程运行到光标处将暂停选定代码行上的线程，从而可以更轻松地通过冻结和解冻线程控制执行顺序。
若要切换当前正在执行的线程的已标记或未标记状态，请选择 "仅显示标记的线程" 按钮左侧的单个标志 "切换当前线程标记状态" 工具栏按钮。标记当前线程对于仅显示标记的线程时查找当前线程非常有用。
若要取消标记线程，请将鼠标悬停在源代码中的线程标记上，并选择红色标记图标以清除它，或右键单击线程标记，然后选择 "取消标记"。

在 "线程" 窗口中标记和取消标记线程

在 "线程" 窗口中，已标记的线程旁边显示红色标志图标，而未标记的线程（如果已显示）具有空图标。

选择标记图标，以根据其当前状态将线程状态更改为标记或未标记。

还可以右键单击行，然后从快捷菜单中选择 "标记"、"取消标记" 或 "取消标记所有线程"。

"线程" 窗口工具栏还具有 "仅显示标记的线程" 按钮，它是两个标志图标中的 righthand。它的工作方式与 "调试位置" 工具栏上的按钮相同，其中的一个按钮控制两个位置的显示。

其他线程窗口功能

在 "线程" 窗口中，选择任意列的标头以按该列对线程进行排序。再次选择以反转排序顺序。如果显示了所有线程，则选择标志图标列会按标记或未标记的状态对线程进行排序。

"线程" 窗口的第二列（没有标头）是当前线程列。此列中的黄色箭头标记当前执行点。

"位置" 列显示每个线程在源代码中出现的位置。选择Location项旁边的展开箭头，或将鼠标悬停在该项上，以显示该线程的部分调用堆栈。

有关线程调用堆栈的图形视图，请使用 "并行堆栈" 窗口。若要在调试时打开窗口，请选择 "调试"> Windows > "并行堆栈"。

除了标记、取消标记和取消标记所有线程外，线程窗口项的右键单击上下文菜单还具有：

"在源中显示线程" 按钮。
十六进制显示，将 "线程" 窗口中的线程 ID更改为十进制格式。
切换到线程，这会立即将执行切换到该线程。
重命名，使你可以更改线程名称。
冻结和解冻命令。

冻结和解冻线程执行

可以冻结和解冻线程，也可以挂起和恢复线程，以控制线程执行工作的顺序。冻结和解冻线程可帮助解决并发性问题，如死锁和争用条件。

提示

若要在不冻结其他线程的情况下跟踪单个线程，这也是一种常见的调试方案，请参阅开始调试多线程应用程序。

冻结和解冻线程：

在 "线程" 窗口中，右键单击任意线程，然后选择 "冻结"。 "当前线程" 列中的暂停图标指示线程已冻结。
选择 "线程" 窗口工具栏中的列，然后选择 "挂起的计数" 以显示 "挂起的计数" 列。冻结线程的挂起计数值为1。
右键单击冻结的线程，然后选择 "解冻"。

暂停图标消失，"挂起的计数" 值更改为0。

切换到另一个线程

尝试切换到另一个线程时，可能会看到应用程序处于中断模式窗口。此窗口告诉您该线程没有当前调试器可以显示的任何代码。例如，你可能正在调试托管代码，但线程是本机代码。此窗口提供了解决此问题的建议。

切换到另一个线程：

在 "线程" 窗口中，记下当前线程 ID （当前线程列中带有黄色箭头的线程）。你需要切换回此线程以继续运行你的应用程序。
右键单击其他线程，然后从上下文菜单中选择 "切换到线程"。
观察 "线程" 窗口中的黄色箭头位置是否已更改。原始的当前线程标记也保留为轮廓。

查看代码源编辑器中的线程标记上的工具提示，以及 "调试位置" 工具栏上的 "线程" 下拉列表中的列表。观察当前线程是否也已更改。
在 "调试位置" 工具栏上，从 "线程" 列表中选择一个不同的线程。请注意，当前线程还会在其他两个位置发生更改。
在源代码编辑器中，右键单击线程标记，指向 "切换到线程"，然后从列表中选择另一个线程。观察当前线程是否在所有三个位置发生了更改。

在源代码中，通过线程标记，只能切换到在该位置停止的线程。使用“线程”窗口和“调试位置”工具栏可以切换到任何线程。

你现在已经了解了调试多线程应用程序的基础知识。您可以使用 "线程" 窗口、"调试位置" 工具栏中的 "线程" 或 "源代码编辑器" 中的 "线程" 标记来观察、标记和取消标记线程，以及冻结和解冻线程。