Delphi多線程處理(轉載)

 

Delphi多線程處理(轉載)

 

1-1 多線程的基本概念

     WIN 98/NT/2000/XP 是個多任務操作系統，也就是：一個進程可以劃分爲多個線程，每個線程輪流佔用CPU 運行時間和資源，或者說，把CPU 時間劃成片，每個片分給不同的線程，這樣，每個線程輪流的“掛起”和“喚醒”，由於時間片很小，給人的感覺是同時運行的。
     多線程帶來如下好處：（自己閱讀）
     1）避免瓶頸；
     2）並行操作；
     3）提高效率；
     在多線程中，通過優先級管理，可以使重要的程序優先操作，提高了任務管理的靈活性。
     另一方面，在多CPU 系統中，可以把不同的線程在不同的CPU 中執行，真正做到同時處理多任務（Win 98 只是模擬的，而Win/NT/2000是真正的多CPU同時操作）。

     多線程的兩個概念：

     1）進程：也稱任務，程序載入內存，並分配資源，稱爲“一個進程”。
    注意：進程本身並不一定要正在執行。進程由以下幾部分組成：
     a>一個私有的地址空間，它是進程可以使用的一組虛擬內存地址空間；
     b>程序的相關代碼、數據源；
     c>系統資源，比如操作系統同步對象等；
     d>至少包含一個線程（主線程）；

     2）線程：是程序的執行單位（線程本身並不包括程序代碼，真正擁有代碼的是進程），每個進程至少包括一個線程，稱爲主線程，一個進程如果有多個線程，就可以共享同一進程的資源，並可以併發執行。
     線程是進程的一個執行單元，是操作系統分配CPU 時間的基本實體，線程主要由如下兩部分組成：
     a>數據結構；
     b>CPU 寄存器和堆棧；
     一個進程中的線程，可以獨立運行，也可以控制另一個線程的運行。

     請注意：
     多線程不能濫用，書上提到了多線程的幾個缺點（自閱）。

     1-2 Tthread 對象

     雖然Windows 提供了比較多的多線程設計的API 函數，但是直接使用API 函數一方面極其不方便，而且使用不當還容易出錯。爲解決這個問題，Borland 公司率先推出了一種Tthread 對象，來解決多線程設計上的困難，簡化了多線程問題的處理。
     應該注意，Tthread 對象是沒有實例的，它和界面的交流，主要依靠主窗體（主VCL線程），這和其他對象使用上有些區別。

    一、Tthread 對象的主要方法

     構造線程：

     constructor Create(CreateSuspended:boolean)

     其中：CreateSuspended=true   構造但不喚醒
                                              false 構造的同時即喚醒

     也可以用如下方法

     inheried Create(CreateSuspended:boolean)

     掛起線程：

     suspend
   
     （把線程掛起的次數加一）

     喚醒線程：

     resume

     （注意：注意這個屬性是把線程掛起的次數減一，當次數爲0 時，即喚醒。也就是說，線程掛起多少次，喚醒也需要多少次。同時掛起的時候將保持線程的地址指針不變，所以線程掛起後再喚醒，將從掛起的地方開始運行）

     析構（清除線程所佔用的內存）：

     destroy

     終止線程（後面會具體討論）:

     Terminate

     二、線程應用的簡單例子：

     下面通過一個例子說明上述方法的應用。我們知道，循環是獨佔性最強的運行方式之一，現在希望建立兩個線程對象，實現循環的並行運行。具體方法如下：

     File---New---Thread Object

     這就自動在主Form中建立了一個線程單元（在對話框裏寫上線程名字），默認的名字是Unit2。同樣方法建立第二個線程單元Unit3。
   
     要注意的是：Unit2和Unit3中有一個給定的過程：

     procedure Object.Execute;
     begin

     end;

     其中的程序是線程喚醒後自動執行的程序，也可以在裏面調用其他自定義的過程和函數。這個過程的結束，意味着線程程序的結束。
     爲了構造線程，在interface的Type區，定義一個構造過程：

     type
       Object = class(TThread)   //自動給出的，也可以直接改

       private
    
       protected

          procedure Execute; override;
     
       public
       constructor create;       //自己寫的

      並且在implementation區域寫上：

      constructor Object.create;
      begin
        inherited create(true);
      end
   
     其中Object 爲線程對象的名字。所以這麼寫，是希望在主Form中調用這個構造過程。
     Create()的參數用True，表明構造出的線程爲掛起狀態。
     注意一下，在同一個線程對象裏，如果兩次構造，將產生兩個獨立的線程，不但運行是獨立的，而且使用線程的局部變量也是獨立的。但這裏爲了簡化問題，還是建立了兩個獨立的線程對象，而且兩個循環數
是不同的，在並行運算時容易判斷出是兩個不同的程序在運行。  

     假定我們給兩個線程對象起的名字是：

     mymath1
     mymath2

     這樣在Unit1，應該作如下聲明：

     implementation

     {$R *.DFM}

     uses unit2,unit3;

     var thread1:mymath1;
         thread2:mymath2;

     這樣在主線程，將可以通過這兩個線程變量調用對應的線程方法。

     在主線程區構造線程的方法是：

     thread1:=mymath1.create;
     thread2:=mymath2.create;

     掛起：

     thread1.suspend;
     thread2.suspend;

     喚醒：

     thread1.resume;
     thread2.resume;

     析構：

      thread1.destroy;
      thread2.destroy;    

     這裏需要說明的是，由於線程單元需要調用Form的Edit控件（對象），可以採用兩種方法：

     1）在線程單元定義一個TEdit對象，例如

     edit4:Tedit;

     在Execute過程內直接引用

     但在Unit1中一定要在FormCreate過程裏作一個賦值：

     procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
     begin
       thread1.edit4:=edit1;
     end;
   
     這樣，就把第一線程的edit4與Form上的edit1聯繫來。

     2）在第二個線程中首先聲明調用Unti1，也就是要加上
     Uses Unit1;

     這樣就可以在該線程單元直接調用主Form的控件了，比如在Unit3中可以寫：

     form1.edit2.text:=inttostr(i)

     瞭解了這些基本規則，就可以寫出比較複雜的多線程程序了。
     還有一點要說明的，默認生成的線程單元，調用的單元只有一個：

     Uses Classes;

     這樣，往往很多函數和對象在線程單元裏不能使用，所以在必要時，應該根據需要User相應的單元，這個例程爲了簡單，把大部分常用的單元都拷過去了，這並不是推薦的辦法，因爲這樣一來會使程序的垃圾過
多，所以，一般要用什麼拷什麼。

     三、常用的API 函數

     在處理多線程問題的時候,也經常用到Windows提供的API 函數，需要說明的是，Tthread 對象內部封裝的方法，其實主要也是調用API 函數，但是，考慮更全面，更安全。而直接調用API 函數，往往會因爲運用不當，出現一些不應有的錯誤。所以，我個人以爲，只要用Tthread 對象的方法能解決的，就不要直接調用API 函數，API 函數只應該在用在Tthread 對象方法解決不了的時候。
     例如Tthread 對象方法內部調用API 函數的時候，一般使用推薦的默認值，但需要更精細的控制時，就可以直接使用API 函數。
     其實，Tthread 對象方法已經受到了大多數程序設計者的認可，比如，原來VB是不具備直接處理多線程的能力的，但是，現在VB.Net就宣稱，它具備了簡單處理多線程問題的能力，這就很說明問題。
     下面簡單介紹幾種API 函數，爲了清晰方便，這裏着重在於說明，函數正確的描述可以自己閱讀書上的例子和手冊：
     構建線程：
  
     CreateThread(參數1，--安全屬性（一般=Nil，默認安全屬性）

                  參數2，--線程堆棧尺寸（一般=0，與主線程相同長度，而且可以根據需要自動變化）
                  參數3，--指向函數名指針，@函數名，這個參數十分重要，不正確將無法調用成功。
                  參數4，--用戶需要向線程傳遞的參數，是一個指向結構的指針，不需傳遞參數時，爲Nil。
                  參數5）--傳入與線程有關的一些參數，例如：
                          CREATE_SUSPENDED   創建一個掛起的線程；
                          0 創建後立即激活。

     書上有這個函數應用的十分清晰的例子，可以自己閱讀。
     一般並不推薦使用   CreateTheard函數，而推薦使用RTL 庫裏的System單元中定義的 BeginTheard函數，因爲這除了能創建一個線程和一個入口函數以外，還增加了幾項保護措施，具體的請參閱書上的第10頁說明。

     對應suspend（掛起）和resume（喚醒）的兩個API 函數爲：
   
     Function SuspendThread(hThread:Thandle):DWORD;

     Function ResumeThread（hThread:Thandle):DWORD;

     其中，Thandle被要求控制線程的句柄，函數調用成功，返回掛起的次數，調用不成功。則返回0xFFFFFFFF。

     四、線程的終止和退出：

     1)自動退出：

     一個線程從Execute()過程中退出，即意味着線程的終止，此時將調用Windows的ExitThread()函數來清除線程所佔用的堆棧。
     如果線程對象的 FreeOnTerminate 屬性設爲True，則線程對象將自動刪除，並釋放線程所佔用的資源。
     這是消除線程對象最簡單的辦法。

     2)受控退出：

     利用線程對象的Terminate屬性，可以由進程或者由其他線程控制線程的退出。只需要簡單的調用該線程的Terminate方法，並設直線程對象的Terminate屬性爲True。
     在線程中，應該不斷監視Terminate的值，一旦發現爲True，則退出，例如在Execute()過程中可以這樣寫：

      While not Terminate do
        begin
           ........
        end;       

      3)退出的API 函數：

      關於線程退出的API 函數聲明如下：code

      Function TerminateThread(hThread:Thandle;dwExitCode:DWORD);

      不過，這個函數會使代碼立刻終止，而不管程序中有沒有
      
            try....finally

      機制，可能會導致錯誤，不到萬不得已，最好不要使用。

     4) 利用掛起線程的方法（suspend）

     利用掛起線程的suspend方法，後面跟個Free，也可以釋放線程，
例如：
   
     thread1.suspend;   //掛起
     thread2.free;      //釋放

     書上有相應的例子。

     五、線程的優先級：

     在多線程的情況下，一般要根據線程執行任務的重要性，給線程適當的優先級，一般如果量的線程同時申請CPU 時間，優先級高的線程優先。

     在Windows下，給線程的優先級分爲30級，而Delphi中Tthread 對象相對簡單的把優先級分爲七級。也就是在Tthread中聲明瞭一個枚舉類型TTthreadPriority:

     type

     TTthreadPriority(tpidle,tpLowest,tpLower,tpNormal,
                      tpHight,tpHighest,tpTimecrital)

     分別對應的是最低（系統空閒時有效，-15），較低（-2），低（-1），正常（普通0），高（1），較高（2），最高（15）。

     其中tpidle和tpTimecrital有些特殊，具體情況請閱讀書上有關內容。

     設置優先級可使用thread對象的priority屬性：
   
     threadObject.priority:=Tthreadpriority(級別);

     這裏給出了一個演示多線程優先級的實例：

    1-3   在數據庫中使用多線程

    一）使用ADO模式

     由於Delphi 6.0的ADO 數據源控件內置了多線程能力，所以，在ADO模式下，使用多線程不需要做更多的工作。用兩個ADOTable控件，分別連到兩個數據庫，並且分別通過DataSource控件，與數據幫定控件聯繫就可以了，這樣就可以實現前後臺處理數據庫問題。

    二）使用BDE模式和Tseeion對象

     如果需要使用BDE 模式，那麼多線程使用數據庫，就要考慮Session的問題。在單線程時，每個數據源的建立就自動生成一個Session，這是這個數據源私有的關於數據庫信息的文件。但多線程時，必須統一管理，所以在BDE 中專門提供了一個Tsession對象，它可以同時管理不同的Databas數據源對象。
     Databas數據源可以接受來自不同數據平臺的數據庫。

     數據庫1---databas(2)----table(Qurey)(3)---datasource
                  |              |
                  |              |
                  |---------   Tsession(1)
                  |              |
                  |              |
     數據庫2---databas(2)----table(Qurey)(3)---datasource

     方法：
     1）Tsession
        屬性：SessionName=名（自起）
              Active=true    （激活）
     2）Database（可以有多個）
        屬性：SessionName=Tsession名
              Dataname=名（自起，作爲Table的標識）
              AliasName=數據庫別名
              Connected=True （激活）
     3）Table或Qurey
        屬性：SessionName=Tsession名（不要用默認值）
              DatabaseName=如果前面起了名，這裏就會出現Database
                           的名字。
              Tablename=表名
              Active=true （激活）
      以後比如加入Datasoucre和其他一樣，這樣就可以構造兩個前後臺處理的數據庫管理系統了。           

    2-4 多線程的同步機制

     同步機制，實際上是事件驅動機制，意思是讓線程平時處於“休眠”狀態，除非發生某個事件才觸發。
     例如一個拷貝文件，拷貝線程完成一個程序塊後，再喚醒進程條線程做一個格的填充。
     研究多線程的同步機制的必要性在於，多線程同步工作時，如果同時調用相同的資源，就可能會出現問題，一般讀出是不會有問題的，但是，如果寫入（全局變量、數據庫），就會發生衝突，甚至產生死
鎖和競爭問題。

一、使用Synchronize方法

     這個方法用於訪問VCL 主線程所管理的資源，其方法的應用是：
     第一步：把訪問主窗口（或主窗口控件資源）的代碼放到線程的一個方法中；
     第二步：是在線程對象的Execute方法中，通過Synchronize方法使用該方法。
     實例：
     procedure Theater.Execute;
     begin
       Synchronize(update);     
     end;   

     procedure Theater.update;
     begin
       .........    
     end;     

     這裏通過 Synchronize使線程方法update同步。

二、使用VCL類的Look方法

     在Delphi的IDE提供的構件中，有一些對象內部提供了線程的同步機制，工作線程可以直接使用這些控件，比如：Tfont，Tpen，TBitmap，TMetafile，Ticon等。另外，一個很重要的控件對象叫TCanvas，提供了一個Lock方法用於線程的同步，當一個線程使用此控件對象的時候，首先調用這個對象的Lock方法，然後對這個控件進行操作，完畢後再調用Unlock方法，釋放對控間的控制權。
     例如：
     CanversObject.look;
          try
            畫圖
          finally
            CanversObject.unlock;
          end;
     {使用這個保護機制,保證不論有沒有異常，unlock都會被執行否則很可能會發生死鎖。在多線程設計的時候，應該很注意發生死鎖的問題}
    
   

三、Waitfor方法
     當一個線程應該等待另一個線程結束時，可以調用Waitfor方法。這個方法屬於等待線程對象，Waitfor方法的原型如下:

     Function Waitfor(Const Astring:string):string;
   
     比如在前面最基本的線程的例子中，喚醒線程的語句中加上

     thread1.resume;
     thread1.waitfor;
     thread2.resume;

     那麼所有的線程都必須等待thread1運行完畢後才能運行，其中包括主線程，可以預想，由於thread1調用了主窗體的Edit控件，那麼，在thread1運行中間，Edie1也不會顯示。
     這就告訴我們，這樣的代碼是不能作爲主線程的一部分的，如果與主窗體連接的線程內等待另一個線程結束，而另一個線程又要等待訪問用戶界面，就可能是程序陷於死鎖。
     這點在應用的時候要謹慎。

四、利用Windows的API 實現同步

     Windows API函數提供了很多同步技術，下面簡要介紹。

1）臨界區
  
    使用線程的時候，遇到的一個基本的問題，就是多個線程訪問同一個對象，比如訪問相同的文件、DLL、相同的通訊資源，特別是數據庫的訪問，當多個線程對同一數據庫字段寫入的時候，其結果會出
現不確定性。
     臨界區用於解決這個問題，它可以保證線程使用敏感數據的時候，阻賽其他的線程訪問名幹數據，使用時首先要初始化，其聲明一個TRTLCriticalSection類型的變量：

var
   CS:TRTLCriticalSection;

初始化：

     initializeCriticalSection(cs);

獨佔  

EnterCriticalSection(cs);

解除獨佔

LeaveCriticalSection