delphi 多线程编程

开始本应该是一篇洋洋洒洒的文字, 不过我还是提倡先做起来, 在尝试中去理解.
先试试这个:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
i: Integer;
begin
for i :=  to  do
begin
Canvas.TextOut(, , IntToStr(i));
end;
end;

上面程序运行时, 我们的窗体基本是 "死" 的, 可以在你在程序运行期间拖动窗体试试...

Delphi 为我们提供了一个简单的办法(Application.ProcessMessages)来解决这个问题:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
i: Integer;
begin
for i :=  to  do
begin
Canvas.TextOut(, , IntToStr(i));
Application.ProcessMessages;
end;
end;

这个 Application.ProcessMessages; 一般用在比较费时的循环中, 它会检查并先处理消息队列中的其他消息.

但这算不上多线程, 譬如: 运行中你拖动窗体, 循环会暂停下来...

在使用多线程以前, 让我们先简单修改一下程序:

function MyFun: Integer;
var
i: Integer;
begin
for i :=  to  do
begin
Form1.Canvas.Lock;
Form1.Canvas.TextOut(, , IntToStr(i));
Form1.Canvas.Unlock;
end;
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
MyFun;
end;

细数上面程序的变化:
1、首先这还不是多线程的, 也会让窗体假 "死" 一会;
2、把执行代码写在了一个函数里, 但这个函数不属于 TForm1 的方法, 所以使用 Canvas 是必须冠以名称(Form1);
3、既然是个函数, (不管是否必要)都应该有返回值;
4、使用了 500001 次 Lock 和 Unlock.

Canvas.Lock 好比在说: Canvas(绘图表面)正忙着呢, 其他想用 Canvas 的等会;
Canvas.Unlock : 用完了, 解锁!

在 Canvas 中使用 Lock 和 Unlock 是个好习惯, 在不使用多线程的情况下这无所谓, 但保不准哪天程序会扩展为多线程的; 我们现在学习多线程, 当然应该用.

在 Delphi 中使用多线程有两种方法: 调用 API、使用 TThread 类; 使用 API 的代码更简单.

function MyFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
var
i: Integer;
begin
for i :=  to  do
begin
Form1.Canvas.Lock;
Form1.Canvas.TextOut(, , IntToStr(i));
Form1.Canvas.Unlock;
end;
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ID: THandle;
begin
CreateThread(nil, , @MyFun, nil, , ID);
end;

代码分析:
CreateThread 一个线程后, 算上原来的主线程, 这样程序就有两个线程、是标准的多线程了;
CreateThread 第三个参数是函数指针, 新线程建立后将立即执行该函数, 函数执行完毕, 系统将销毁此线程从而结束多线程的故事.

CreateThread 要使用的函数是系统级别的, 不能是某个类(譬如: TForm1)的方法, 并且有严格的格式(参数、返回值)要求, 不管你暂时是不是需要都必须按格式来;
因为是系统级调用, 还要缀上 stdcall, stdcall 是协调参数顺序的, 虽然这里只有一个参数没有顺序可言, 但这是使用系统函数的惯例.

CreateThread 还需要一个 var 参数来接受新建线程的 ID, 尽管暂时没用, 但这也是格式; 其他参数以后再说吧.

这样一个最简单的多线程程序就出来了, 咱们再用 TThread 类实现一次

type
TMyThread = class(TThread)
protected
procedure Execute; override;
end; 
 
procedure TMyThread.Execute;
var
i: Integer;
begin
FreeOnTerminate := True; {这可以让线程执行完毕后随即释放}
for i :=  to  do
begin
Form1.Canvas.Lock;
Form1.Canvas.TextOut(, , IntToStr(i));
Form1.Canvas.Unlock;
end;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
TMyThread.Create(False);
end; 

TThread 类有一个抽象方法(Execute), 因而是个抽象类, 抽象类只能继承使用, 上面是继承为 TMyThread.

继承 TThread 主要就是实现抽象方法 Execute(把我们的代码写在里面), 等我们的 TMyThread 实例化后, 首先就会执行 Execute 方法中的代码.

按常规我们一般这样去实例化:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
MyThread: TMyThread;
begin
MyThread := TMyThread.Create(False);
end;
因为 MyThread 变量在这里毫无用处(并且编译器还有提示), 所以不如直接写做 TMyThread.Create(False);
 
我们还可以轻松解决一个问题, 如果: TMyThread.Create(True) ?
这样线程建立后就不会立即调用 Execute, 可以在需要的时候再用 Resume 方法执行线程, 譬如:
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
MyThread: TMyThread;
begin
MyThread := TMyThread.Create(True);
MyThread.Resume;
end; 

//可简化为:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
with TMyThread.Create(True) do Resume;
end;

一、入门
㈠、
function CreateThread(
lpThreadAttributes: Pointer; {安全设置}
dwStackSize: DWORD; {堆栈大小}
lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine; {入口函数}
lpParameter: Pointer; {函数参数}
dwCreationFlags: DWORD; {启动选项}
var lpThreadId: DWORD {输出线程 ID }
): THandle; stdcall; {返回线程句柄}

在 Windows 上建立一个线程, 离不开 CreateThread 函数;
TThread.Create 就是先调用了 BeginThread (Delphi 自定义的), BeginThread 又调用的 CreateThread.
既然有建立, 就该有释放, CreateThread 对应的释放函数是: ExitThread, 譬如下面代码:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
ExitThread(); {此句即可退出当前程序, 但不建议这样使用}
end;

代码注释:
当前程序是一个进程, 进程只是一个工作环境, 线程是工作者;
每个进程都会有一个启动线程(或叫主线程), 也就是说: 我们之前大量的编码都是写给这个主线程的;
上面的 ExitThread(0); 就是退出这个主线程;
系统不允许一个没有线程的进程存在, 所以程序就退出了.
另外: ExitThread 函数的参数是一个退出码, 这个退出码是给之后的其他函数用的, 这里随便给个无符号整数即可.

或许你会说: 这个 ExitThread 挺好用的; 其实不管是用 API 还是用 TThread 类写多线程, 我们很少用到它; 因为:
1、假如直接使用 API 的 CreateThread, 它执行完入口函数后会自动退出, 无需 ExitThread;
2、用 TThread 类建立的线程又绝不能使用 ExitThread 退出; 因为使用 TThread 建立线程时会同时分配更多资源(譬如你自定义的成员、还有它的祖先类(TObject)分配的资源等等), 如果用 ExitThread 给草草退出了, 这些资源将得不到释放而导致内存泄露. 尽管 Delphi 提供了 EndThread(其内部调用 ExitThread), 这也不需要我们手动操作(假如非要手动操作也是件很麻烦的事情, 因为很多时候你不知道线程是什么时候执行完毕的).
除了 CreateThread, 还有一个 CreateRemoteThread, 可在其他进程中建立线程, 这不应该是现在学习的重点;
现在先集中精力把 CreateThread 的参数搞彻底.

倒着来吧, 先谈谈 CreateThread 将要返回的 "线程句柄".

"句柄" 类似指针, 但通过指针可读写对象, 通过句柄只是使用对象;
有句柄的对象一般都是系统级别的对象(或叫内核对象); 之所以给我们的是句柄而不是指针, 目的只有一个: "安全";
貌似通过句柄能做很多事情, 但一般把句柄提交到某个函数(一般是系统函数)后, 我们也就到此为止很难了解更多了; 事实上是系统并不相信我们.

不管是指针还是句柄, 都不过是内存中的一小块数据(一般用结构描述), 微软并没有公开句柄的结构细节, 猜一下它应该包括: 真实的指针地址、访问权限设置、引用计数等等.

既然 CreateThread 可以返回一个句柄, 说明线程属于 "内核对象".
实际上不管线程属于哪个进程, 它们在系统的怀抱中是平等的; 在优先级(后面详谈)相同的情况下, 系统会在相同的时间间隔内来运行一下每个线程, 不过这个间隔很小很小, 以至于让我们误以为程序是在不间断地运行.

这时你应该有一个疑问: 系统在去执行其他线程的时候, 是怎么记住前一个线程的数据状态的?
有这样一个结构 TContext, 它基本上是一个 CPU 寄存器的集合, 线程是数据就是通过这个结构切换的, 我们也可以通过 GetThreadContext 函数读取寄存器看看.

附上这个结构 TContext(或叫: CONTEXT、_CONTEXT) 的定义:

PContext = ^TContext;
_CONTEXT = record
ContextFlags: DWORD;
Dr0: DWORD;
Dr1: DWORD;
Dr2: DWORD;
Dr3: DWORD;
Dr6: DWORD;
Dr7: DWORD;
FloatSave: TFloatingSaveArea;
SegGs: DWORD;
SegFs: DWORD;
SegEs: DWORD;
SegDs: DWORD;
Edi: DWORD;
Esi: DWORD;
Ebx: DWORD;
Edx: DWORD;
Ecx: DWORD;
Eax: DWORD;
Ebp: DWORD;
Eip: DWORD;
SegCs: DWORD;
EFlags: DWORD;
Esp: DWORD;
SegSs: DWORD;
end;

CreateThread 的最后一个参数是 "线程的 ID";
既然可以返回句柄, 为什么还要输出这个 ID? 现在我知道的是:
1、线程的 ID 是唯一的; 而句柄可能不只一个, 譬如可以用 GetCurrentThread 获取一个伪句柄、可以用 DuplicateHandle 复制一个句柄等等.
2、ID 比句柄更轻便.

在主线程中 GetCurrentThreadId、MainThreadID、MainInstance 获取的都是主线程的 ID.
㈡、启动选项
function CreateThread(
lpThreadAttributes: Pointer;
dwStackSize: DWORD;
lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine;
lpParameter: Pointer;
dwCreationFlags: DWORD; {启动选项}
var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;
CreateThread 的倒数第二个参数 dwCreationFlags(启动选项) 有两个可选值:
0: 线程建立后立即执行入口函数;
CREATE_SUSPENDED: 线程建立后会挂起等待.

可用 ResumeThread 函数是恢复线程的运行; 可用 SuspendThread 再次挂起线程.
这两个函数的参数都是线程句柄, 返回值是执行前的挂起计数.

什么是挂起计数?
SuspendThread 会给这个数 +1; ResumeThread 会给这个数 -1; 但这个数最小是 0.
当这个数 = 0 时, 线程会运行; > 0 时会挂起.
如果被 SuspendThread 多次, 同样需要 ResumeThread 多次才能恢复线程的运行.

在下面的例子中, 有新线程不断给一个全局变量赋随机值;
同时窗体上的 Timer 控件每隔 1/10 秒就把这个变量写在窗体标题;
在这个过程中演示了 ResumeThread、SuspendThread 两个函数.

//上面图片中演示的代码。

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls, ExtCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
Button2: TButton;
Button3: TButton;
Timer1: TTimer;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure Button2Click(Sender: TObject);
procedure Button3Click(Sender: TObject);
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure Timer1Timer(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var
hThread: THandle; {线程句柄}
num: Integer; {全局变量, 用于记录随机数} 
 
{线程入口函数}
function MyThreadFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
begin
while True do {假如线程不挂起, 这个循环将一直循环下去}
begin
num := Random();
end;
Result := ;
end; 
 
{建立并挂起线程}
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ID: DWORD;
begin
hThread := CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, CREATE_SUSPENDED, ID);
Button1.Enabled := False;
end; 
 
{唤醒并继续线程}
procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);
begin
ResumeThread(hThread);
end; 
 
{挂起线程}
procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);
begin
SuspendThread(hThread);
end; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
Timer1.Interval := ;
end; 
 
procedure TForm1.Timer1Timer(Sender: TObject);
begin
Text := IntToStr(num);
end; 
 
end.

㈢、入口函数的参数
function CreateThread(
lpThreadAttributes: Pointer;
dwStackSize: DWORD;
lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine;
lpParameter: Pointer; {入口函数的参数}
dwCreationFlags: DWORD;
var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;
线程入口函数的参数是个无类型指针(Pointer), 用它可以指定任何数据; 本例是把鼠标点击窗体的坐标传递给线程的入口函数, 每次点击窗体都会创建一个线程.

运行效果图:

//上面演示的代码
unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
procedure FormMouseUp(Sender: TObject; Button: TMouseButton;
Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var
pt: TPoint; {这个坐标点将会已指针的方式传递给线程, 它应该是全局的} 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
var
i: Integer;
pt2: TPoint; {因为指针参数给的点随时都在变, 需用线程的局部变量存起来}
begin
pt2 := PPoint(p)^; {转换}
for i :=  to  do
begin
with Form1.Canvas do begin
Lock;
TextOut(pt2.X, pt2.Y, IntToStr(i));
Unlock;
end;
end;
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.FormMouseUp(Sender: TObject; Button: TMouseButton;
Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
var
ID: DWORD;
begin
pt := Point(X, Y);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, @pt, , ID);
{下面这种写法更好理解, 其实不必, 因为 PPoint 会自动转换为 Pointer 的}
//CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, Pointer(@pt), 0, ID);
end; 
 
end.

这个例子还有不严谨的地方: 当一个线程 Lock 窗体的 Canvas 时, 其他线程在等待; 线程在等待时, 其中的计数也还在增加. 这也就是说: 现在并没有去处理线程的同步; 同步是多线程中最重要的课题, 快到了.

另外有个小技巧: 线程函数的参数是个 32 位(4个字节)的指针, 仅就本例来讲, 可以让它的 "高16位" 和 "低16位" 分别携带 X 和 Y; 这样就不需要哪个全局的 pt 变量了.
其实在 Windows 的消息中就是这样传递坐标的, 在 Windows 的消息中一般高字节是 Y、低字节是 X; 咱们这么来吧, 这样还可以使用给消息准备的一些方便的函数.

重写本例代码(当然运行效果和窗体文件都是一样的):

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
procedure FormMouseUp(Sender: TObject; Button: TMouseButton;
Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
var
i: Integer;
x,y: Word;
begin
x := LoWord(Integer(p));
y := HiWord(Integer(p));
{如果不使用 LoWord、HiWord 函数可以像下面这样: }
//x := Integer(p);
//y := Integer(p) shr 16;
for i :=  to  do
begin
with Form1.Canvas do begin
Lock;
TextOut(x, y, IntToStr(i));
Unlock;
end;
end;
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.FormMouseUp(Sender: TObject; Button: TMouseButton;
Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
var
ID: DWORD;
num: Integer;
begin
num := MakeLong(X, Y);
{如果不使用 MekeLong、MakeWParam、MakeLParam、MakeResult 等函数, 可以像下面这样: }
//num := Y shl 16 + X;
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, Ptr(num), , ID);
{上面的 Ptr 是专门将一个数字转换为指针的函数, 当然也可以这样: }
//CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, Pointer(num), 0, ID);
end; 
 
end.

㈣、入口函数的指针
function CreateThread(
lpThreadAttributes: Pointer;
dwStackSize: DWORD;
lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine; {入口函数的指针}
lpParameter: Pointer;
dwCreationFlags: DWORD;
var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;

到了入口函数了, 学到这个地方, 我查了一个入口函数的标准定义, 这个函数的标准返回值应该是 DWORD, 不过这函数在 Delphi 的 System 单元定义的是: TThreadFunc = function(Parameter: Pointer): Integer; 我以后会尽量使用 DWORD 做入口函数的返回值.

这个返回值有什么用呢?
等线程退出后, 我们用 GetExitCodeThread 函数获取的退出码就是这个返回值!

如果线程没有退出, GetExitCodeThread 获取的退出码将是一个常量 STILL_ACTIVE (259); 这样我们就可以通过退出码来判断线程是否已退出.

还有一个问题: 前面也提到过, 线程函数不能是某个类的方法! 假如我们非要线程去执行类中的一个方法能否实现呢?
尽管可以用 Addr(类名.方法名) 或 MethodAddress('published 区的方法名') 获取类中方法的地址, 但都不能当做线程的入口函数, 原因可能是因为类中的方法的地址是在实例化为对象时动态分配的.
后来换了个思路, 其实很简单: 在线程函数中再调用方法不就得了, 估计 TThread 也应该是这样.

下面的例子就尝试了用线程调用 TForm1 类中的方法, 并测试了退出码的相关问题.

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
Button2: TButton;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure Button2Click(Sender: TObject);
private
procedure FormProc; {准备给线程使用的方法}
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var
hThread: THandle; 
 
{线程入口函数}
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
begin
Form1.FormProc; {调用 TForm1 类的方法}
Result := ; {这个返回值将成为线程的退出代码, 99 是我随意给的数字}
end; 
 
{TForm1 的方法, 本例中是给线程的入口函数调用的}
procedure TForm1.FormProc;
var
i: Integer;
begin
for i :=  to  do
begin
with Form1.Canvas do begin
Lock;
TextOut(, , IntToStr(i));
Unlock;
end;
end;
end; 
 
{建立并执行线程}
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ID: DWORD;
begin
hThread := CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
end; 
 
{获取线程的退出代码, 并判断线程是否退出}
procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);
var
ExitCode: DWORD;
begin
GetExitCodeThread(hThread, ExitCode); 
 
if hThread =  then
begin
Text := '线程还未启动';
Exit;
end; 
 
if ExitCode = STILL_ACTIVE then
Text := Format('线程退出代码是: %d, 表示线程还未退出', [ExitCode])
else
Text := Format('线程已退出, 退出代码是: %d', [ExitCode]);
end; 
 
end.

㈤、堆栈大小
function CreateThread(
lpThreadAttributes: Pointer;
dwStackSize: DWORD; {堆栈大小}
lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine;
lpParameter: Pointer;
dwCreationFlags: DWORD;
var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;

CreateThread 的第二个参数是分配给线程的堆栈大小.
这首先这可以让我们知道: 每个线程都有自己独立的堆栈(也拥有自己的消息队列).

什么是堆栈? 其实堆是堆、栈是栈, 有时 "栈" 也被叫做 "堆栈".
它们都是进程中的内存区域, 主要是存取方式不同(栈:先进后出; 堆:先进先出);
"栈"(或叫堆栈)适合存取临时而轻便的变量, 主要用来储存局部变量; 譬如 for i := 0 to 99 do 中的 i 就只能存于栈中, 你把一个全局的变量用于 for 循环计数是不可以的.

现在我们知道了线程有自己的 "栈", 并且在建立线程时可以分配栈的大小.

前面所有的例子中, 这个值都是 0, 这表示使用系统默认的大小, 默认和主线程栈的大小一样, 如果不够用会自动增长;
那主线程的栈有多大? 这个值是可以设定的: Project -> Options -> linker -> memory size(如图)

栈是私有的但堆是公用的, 如果不同的线程都来使用一个全局变量有点乱套;
为解决这个问题 Delphi 为我们提供了一个类似 var 的 ThreadVar 关键字, 线程在使用 ThreadVar 声明的全局变量时会在各自的栈中留一个副本, 这样就解决了冲突. 不过还是尽量使用局部变量, 或者在继承 TThread 时使用类的成员变量, 因为 ThreadVar 的效率不好, 据说比局部变量能慢 10 倍.

在下面的例子就测试了用 var 和 ThreadVar 定义变量的不同.

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
//var num: Integer; {全局变量}
threadvar num: Integer; {支持多线程的全局变量} 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
py: Integer;
begin
py := Integer(p);
while True do
begin
Inc(num);
with Form1.Canvas do begin
Lock;
TextOut(, py, IntToStr(num));
Unlock;
end;
Sleep(); {然线程挂起 1 秒钟再继续}
end;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ID: DWORD;
begin
{借入口函数的参数传递了一个坐标点中的 Y 值, 以让各线程把结果输出在不同位置}
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, Ptr(), , ID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, Ptr(), , ID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, Ptr(), , ID);
end; 
 
end.

㈥、安全设置

function CreateThread(
lpThreadAttributes: Pointer; {安全设置}
dwStackSize: DWORD;
lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine;
lpParameter: Pointer;
dwCreationFlags: DWORD;
var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;
CreateThread 的第一个参数 lpThreadAttributes 是指向 TSecurityAttributes 结构的指针, 一般都是置为 nil, 这表示没有访问限制; 该结构的定义是:
//TSecurityAttributes(又名: SECURITY_ATTRIBUTES、_SECURITY_ATTRIBUTES)
_SECURITY_ATTRIBUTES = record
nLength: DWORD; {结构大小}
lpSecurityDescriptor: Pointer; {默认 nil; 这是另一个结构 TSecurityDescriptor 的指针}
bInheritHandle: BOOL; {默认 False, 表示不可继承}
end; 
 
//TSecurityDescriptor(又名: SECURITY_DESCRIPTOR、_SECURITY_DESCRIPTOR)
_SECURITY_DESCRIPTOR = record
Revision: Byte;
Sbz1: Byte;
Control: SECURITY_DESCRIPTOR_CONTROL;
Owner: PSID;
Group: PSID;
Sacl: PACL;
Dacl: PACL;
end;

够复杂的, 但我们在多线程编程时不需要去设置它们, 大都是使用默认设置(也就是赋值为 nil).

我觉得有必要在此刻了解的是: 建立系统内核对象时一般都有这个属性(TSecurityAttributes);
在接下来多线程的课题中要使用一些内核对象, 不如先盘点一下, 到时碰到这个属性时给个 nil 即可, 不必再费神.

{建立事件}
function CreateEvent(
lpEventAttributes: PSecurityAttributes; {!}
bManualReset: BOOL;
bInitialState: BOOL;
lpName: PWideChar
): THandle; stdcall; 
 
{建立互斥}
function CreateMutex(
lpMutexAttributes: PSecurityAttributes; {!}
bInitialOwner: BOOL;
lpName: PWideChar
): THandle; stdcall; 
 
{建立信号}
function CreateSemaphore(
lpSemaphoreAttributes: PSecurityAttributes; {!}
lInitialCount: Longint;
lMaximumCount: Longint;
lpName: PWideChar
): THandle; stdcall; 
 
{建立等待计时器}
function CreateWaitableTimer(
lpTimerAttributes: PSecurityAttributes; {!}
bManualReset: BOOL;
lpTimerName: PWideChar
): THandle; stdcall; 

上面的四个系统内核对象(事件、互斥、信号、计时器)都是线程同步的手段, 从这也能看出处理线程同步的复杂性; 不过这还不是全部, Windows Vista 开始又增加了 Condition variables(条件变量)、Slim Reader-Writer Locks(读写锁)等同步手段.

不过最简单、最轻便(速度最快)的同步手段还是 CriticalSection(临界区), 但它不属于系统内核对象, 当然也就没有句柄、没有 TSecurityAttributes 这个安全属性, 这也导致它不能跨进程使用; 不过写多线程时一般不用跨进程, 所以 CriticalSection 应该是最常用的同步手段.

二、临界区。
先看一段程序, 代码文件:

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
ListBox1: TListBox;
Button1: TButton;
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure Button1Click(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
i: Integer;
begin
for i :=  to  do Form1.ListBox1.Items.Add(IntToStr(i));
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ID: DWORD;
begin
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
end; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
ListBox1.Align := alLeft;
end; 
 
end.

在这段程序中, 有三个线程几乎是同时建立, 向窗体中的 ListBox1 中写数据, 最后写出的结果是这样的:

能不能让它们别打架, 一个完了另一个再来? 这就要用到多线程的同步技术.
前面说过, 最简单的同步手段就是 "临界区".

先说这个 "同步"(Synchronize), 首先这个名字起的不好, 我们好像需要的是 "异步"; 其实异步也不准确...
管它叫什么名字呢, 它的目的就是保证不冲突、有次序、都发生.

"临界区"(CriticalSection): 当把一段代码放入一个临界区, 线程执行到临界区时就独占了, 让其他也要执行此代码的线程先等等; 这和前面用的 Lock 和 UnLock 差不多; 使用格式如下:
var CS: TRTLCriticalSection; {声明一个 TRTLCriticalSection 结构类型变量; 它应该是全局的}
InitializeCriticalSection(CS); {初始化}
EnterCriticalSection(CS); {开始: 轮到我了其他线程走开}
LeaveCriticalSection(CS); {结束: 其他线程可以来了}
DeleteCriticalSection(CS); {删除: 注意不能过早删除}

//也可用 TryEnterCriticalSection 替代 EnterCriticalSection.
用上临界区, 重写上面的代码, 运行效果图:

//用临界区重写后的代码文件:
unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
ListBox1: TListBox;
Button1: TButton;
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure FormDestroy(Sender: TObject);
procedure Button1Click(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var
CS: TRTLCriticalSection; 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
i: Integer;
begin
EnterCriticalSection(CS);
for i :=  to  do Form1.ListBox1.Items.Add(IntToStr(i));
LeaveCriticalSection(CS);
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ID: DWORD;
begin
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
end; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
ListBox1.Align := alLeft;
InitializeCriticalSection(CS);
end; 
 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
DeleteCriticalSection(CS);
end; 
 
end.

Delphi 在 SyncObjs 单元给封装了一个 TCriticalSection 类, 用法差不多, 代码如下:

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
ListBox1: TListBox;
Button1: TButton;
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure FormDestroy(Sender: TObject);
procedure Button1Click(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
uses SyncObjs; 
 
var
CS: TCriticalSection; 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
i: Integer;
begin
CS.Enter;
for i :=  to  do Form1.ListBox1.Items.Add(IntToStr(i));
CS.Leave;
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ID: DWORD;
begin
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ID);
end; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
ListBox1.Align := alLeft;
CS := TCriticalSection.Create;
end; 
 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
CS.Free;
end; 
 
end.

三、等待函数 WaitForSingleObject
一下子跳到等待函数 WaitForSingleObject, 是因为下面的 Mutex、Semaphore、Event、WaitableTimer 等同步手段都要使用这个函数; 不过等待函数可不止 WaitForSingleObject 它一个, 但它最简单.
function WaitForSingleObject(
hHandle: THandle; {要等待的对象句柄}
dwMilliseconds: DWORD {等待的时间, 单位是毫秒}
): DWORD; stdcall; {返回值如下:}
WAIT_OBJECT_0 {等着了, 本例中是: 等的那个进程终于结束了}
WAIT_TIMEOUT {等过了点(你指定的时间), 也没等着}
WAIT_ABANDONED {好不容易等着了, 但人家还是不让咱执行; 这一般是互斥对象}
//WaitForSingleObject 的第二个参数一般给常数值 INFINITE, 表示一直等下去, 死等.

WaitForSingleObject 等待什么? 在多线程里就是等待另一个线程的结束, 快来执行自己的代码; 不过它可以等待的对象可不止线程; 这里先来一个等待另一个进程结束的例子, 运行效果图:
//WaitForSingleObject的示例代码文件:

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var
hProcess: THandle; {进程句柄} 
 
{等待一个指定句柄的进程什么时候结束}
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
begin
if WaitForSingleObject(hProcess, INFINITE) = WAIT_OBJECT_ then
Form1.Text := Format('进程 %d 已关闭', [hProcess]);
Result := ;
end; 
 
{启动一个进程, 并建立新线程等待它的结束}
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
pInfo: TProcessInformation;
sInfo: TStartupInfo;
Path: array[..MAX_PATH-] of Char;
ThreadID: DWORD;
begin
{先获取记事本的路径}
GetSystemDirectory(Path, MAX_PATH);
StrCat(Path, '\notepad.exe'); 
 
{用 CreateProcess 打开记事本并获取其进程句柄, 然后建立线程监视}
FillChar(sInfo, SizeOf(sInfo), );
if CreateProcess(Path, nil, nil, nil, False, , nil, nil, sInfo, pInfo) then
begin
hProcess := pInfo.hProcess; {获取进程句柄}
Text := Format('进程 %d 已启动', [hProcess]);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID); {建立线程监视}
end;
end; 
 
end.

四、多线程同步之 Mutex (互斥对象)
原理分析:
互斥对象是系统内核对象, 各线程都可以拥有它, 谁拥有谁就能执行;
执行完毕, 用 ReleaseMutex 函数释放拥有权, 以让其他等待的线程使用.
其他线程可用 WaitForSingleObject 函数排队等候(等候也可以理解为排队申请).

使用过程:

var hMutex: THandle; {应该先声明一个全局的互斥句柄}
CreateMutex {建立一个互斥对象}
WaitForSingleObject {用等待函数排队等候}
ReleaseMutex {释放拥有权}
CloseHandle {最后释放互斥对象}

ReleaseMutex、CloseHandle 的参数都是 CreateMutex 返回的句柄, 关键是 CreateMutex 函数:

function CreateMutex(
lpMutexAttributes: PSecurityAttributes;
bInitialOwner: BOOL; {是否让创建者(此例中是主线程)拥有该互斥对象}
lpName: PWideChar {可以给此互斥对象取个名字, 如果不要名字可赋值为 nil}
): THandle;
{
1、第一个参数前面说过.
2、第二个参数在这里一定要是 False, 如果让主线程拥有互斥, 从理论上讲, 得等程序退出后其他线程才有机会;
取值 False 时, 第一个执行的线程将会最先拥有互斥对象, 一旦拥有其他线程就得先等等.
3、第三个参数, 如果给个名字, 函数将从系统中寻找是否有重名的互斥对象, 如果有则返回同名对象的存在的句柄;
如果赋值为 nil 将直接创建一个新的互斥对象; 下个例子将会有名字. }

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure FormDestroy(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var
f: Integer; {用这个变量协调一下各线程输出的位置}
hMutex: THandle; {互斥对象的句柄} 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
i,y: Integer;
begin
Inc(f);
y :=  * f;
for i :=  to  do
begin
if WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE) = WAIT_OBJECT_ then
begin
Form1.Canvas.Lock;
Form1.Canvas.TextOut(, y, IntToStr(i));
Form1.Canvas.Unlock;
Sleep(); {稍稍耽搁一点, 不然有时 Canvas 会协调不过来}
ReleaseMutex(hMutex);
end;
end;
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ThreadID: DWORD;
begin
Repaint;
f := ;
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
end; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
hMutex := CreateMutex(nil, False, nil);
end; 
 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
CloseHandle(hMutex);
end; 
 
end.

SyncObjs 单元下有封装好的 TMutex 类, 好像不如 Api 快, 内部机制也稍有区别, 但使用方法差不多:

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure FormDestroy(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
uses SyncObjs;
var
f: Integer;
MyMutex: TMutex; 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
i,y: Integer;
begin
Inc(f);
y :=  * f;
for i :=  to  do
begin
if MyMutex.WaitFor(INFINITE) = wrSignaled then
begin
Form1.Canvas.Lock;
Form1.Canvas.TextOut(, y, IntToStr(i));
Form1.Canvas.Unlock;
MyMutex.Release;
end;
end;
Result := ;
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ThreadID: DWORD;
begin
Repaint;
f := ;
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
end; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
MyMutex := TMutex.Create(False);
end; 
 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
MyMutex.Free;
end; 
 
end.

Mutex 作为系统核心对象是可以跨进程的(临界区就不行), 我们可以利用互斥对象禁止程序重复启动.

工作思路:
先用 OpenMutex 尝试打开一个自定义名称的 Mutex 对象, 如果打开失败说明之前没有这个对象存在;
如果之前没有这个对象, 马上用 CreateMutex 建立一个, 此时的程序应该是第一次启动;
再重复启动时, 那个 OpenMutex 就有结果了, 然后强制退出.
最后在程序结束时用 CloseHandle 释放 Mutex 对象.

function OpenMutex(
dwDesiredAccess: DWORD; {打开权限}
bInheritHandle: BOOL; {能否被当前程序创建的进程继承}
pName: PWideChar {Mutex 对象的名称}
): THandle; stdcall; {成功返回 Mutex 的句柄; 失败返回 0}

注意, 这里的 CreateMutex 函数应该有个名了, 因为 OpenMutex 要用到;
另外, CreateMutex 的第二个参数已经不重要了(也就是 True 和 False 都行), 因为这里是用其名称来判断的.

程序可以这样写:

unit Unit1; 
 
interface 
 
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs; 
 
type
TForm1 = class(TForm)
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure FormDestroy(Sender: TObject);
end; 
 
var
Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var
hMutex: THandle;
const
NameMutex = 'MyMutex'; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
if OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, False, NameMutex) <>  then
begin
ShowMessage('该程序已启动');
Application.Terminate;
end;
hMutex := CreateMutex(nil, False, NameMutex);
end; 
 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
CloseHandle(hMutex);
end; 
 
end.

这一般都是写在 dpr 主程序里, 省得让后启动的程序执行些无用的代码:

program Project1; 
 
uses
Forms, Windows,
Unit1 in 'Unit1.pas' {Form1}; 
 
{$R *.res} 
 
var
hMutex: THandle;
const
NameMutex = 'MyMutex'; 
 
begin
{主线程入口}
if OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, False, NameMutex) <>  then
begin
MessageBox(, '该程序已启动', '提示', MB_OK);
Application.Terminate;
end;
hMutex := CreateMutex(nil, False, NameMutex); 
 
Application.Initialize;
Application.MainFormOnTaskbar := True;
Application.CreateForm(TForm1, Form1);
Application.Run; 
 
CloseHandle(hMutex);
{主线程出口}
end. 

五、多线程同步之 Semaphore (信号对象)
之前已经有了两种多线程的同步方法:
CriticalSection(临界区) 和 Mutex(互斥), 这两种同步方法差不多, 只是作用域不同;
CriticalSection(临界区) 类似于只有一个蹲位的公共厕所, 只能一个个地进;
Mutex(互斥) 对象类似于接力赛中的接力棒, 某一时刻只能一个人持有, 谁拿着谁跑.

什么是 Semaphore(信号或叫信号量)呢?
譬如到银行办业务、或者到车站买票, 原来只有一个服务员, 不管有多少人排队等候, 业务只能一个个地来.
假如增加了业务窗口, 可以同时受理几个业务呢?
这就类似与 Semaphore 对象, Semaphore 可以同时处理等待函数(如: WaitForSingleObject)申请的几个线程.

Semaphore 的工作思路如下:
1、首先要通过 CreateSemaphore(安全设置, 初始信号数, 信号总数, 信号名称) 建立信号对象;
参数四: 和 Mutex 一样, 它可以有个名称, 也可以没有, 本例就没有要名称(nil); 有名称的一般用于跨进程.
参数三: 信号总数, 是 Semaphore 最大处理能力, 就像银行一共有多少个业务窗口一样;
参数二: 初始信号数, 这就像银行的业务窗口很多, 但打开了几个可不一定, 如果没打开和没有一样;
参数一: 安全设置和前面一样, 使用默认(nil)即可.

2、要接受 Semaphore 服务(或叫协调)的线程, 同样需要用等待函数(如: WaitForSingleObject)排队等候;

3、当一个线程使用完一个信号, 应该用 ReleaseSemaphore(信号句柄, 1, nil) 让出可用信号给其他线程;
参数三: 一般是 nil, 如果给个数字指针, 可以接受到此时(之前)总共闲置多少个信号;
参数二: 一般是 1, 表示增加一个可用信号;
如果要增加 CreateSemaphore 时的初始信号, 也可以通过 ReleaseSemaphore.

4、最后, 作为系统内核对象, 要用 CloseHandle 关闭.

另外, 在 Semaphore 的总数是 1 的情况下, 就和 Mutex(互斥) 一样了.

在本例中, 每点击按钮, 将建立一个信号总数为 5 的信号对象, 初始信号来自 Edit1; 同时有 5 个线程去排队.
本例也附上了 Delphi 中 TSemaphore 类的例子, 但没有过多地纠缠于细节, 是为了尽快理出多线程的整体思路.

unit Unit1;
interface
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls;
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
Edit1: TEdit;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure FormDestroy(Sender: TObject);
end;
var
Form1: TForm1;
implementation
{$R *.dfm}
var
f: Integer; {用这个变量协调一下各线程输出的位置}
hSemaphore: THandle; {信号对象的句柄}
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
i,y: Integer;
begin
Inc(f);
y :=  * f;
if WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE) = WAIT_OBJECT_ then
begin
for i :=  to  do
begin
Form1.Canvas.Lock;
Form1.Canvas.TextOut(, y, IntToStr(i));
Form1.Canvas.Unlock;
Sleep(); {以免 Canvas 忙不过来}
end;
end;
ReleaseSemaphore(hSemaphore, , nil);
Result := ;
end;
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ThreadID: DWORD;
begin
{不知是不是之前创建过 Semaphore 对象, 假如有先关闭}
CloseHandle(hSemaphore);
{创建 Semaphore 对象}
hSemaphore := CreateSemaphore(nil, StrToInt(Edit1.Text), , nil);
Self.Repaint;
f := ;
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
end;
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
Edit1.Text := '';
end;
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
CloseHandle(hSemaphore);
end;
end.

再用 SyncObjs 单元下的 TSemaphore 类实现一次, 使用方法差不多, 运行效果也一样:

unit Unit1;
interface
uses
Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
Dialogs, StdCtrls;
type
TForm1 = class(TForm)
Button1: TButton;
Edit1: TEdit;
procedure Button1Click(Sender: TObject);
procedure FormCreate(Sender: TObject);
procedure FormDestroy(Sender: TObject);
procedure Edit1KeyPress(Sender: TObject; var Key: Char);
end;
var
Form1: TForm1;
implementation
{$R *.dfm}
uses SyncObjs;
var
f: Integer;
MySemaphore: TSemaphore;
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
var
i,y: Integer;
begin
Inc(f);
y :=  * f;
if MySemaphore.WaitFor(INFINITE) = wrSignaled then
begin
for i :=  to  do
begin
Form1.Canvas.Lock;
Form1.Canvas.TextOut(, y, IntToStr(i));
Form1.Canvas.Unlock;
Sleep();
end;
end;
MySemaphore.Release;
Result := ;
end;
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
ThreadID: DWORD;
begin
if Assigned(MySemaphore) then MySemaphore.Free;
MySemaphore := TSemaphore.Create(nil, StrToInt(Edit1.Text), , '');
Self.Repaint;
f := ;
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
CreateThread(nil, , @MyThreadFun, nil, , ThreadID);
end;
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
Edit1.Text := '';
end;
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
begin
if Assigned(MySemaphore) then MySemaphore.Free;
end;
end.