進程與線程 .

進程與線程
進程和線程是兩個相對的概念,通常來說,一個進程可以定義程序的一個實例(Instan
ce)。在Win32中,進程並不執行什麼,它只是佔據應用程序所使用的地址空間。爲了讓
進程完成一定的工作,進程必須至少佔有一個線程,正是這個線程負責包含進程地址空
間中的代碼。實際上,一個進程可以包含幾個線程,它們可以同時執行進程地址空間中
的代碼。爲了做到這一點,每個線程有自己的一組CPU寄存器和堆棧。每個進程中至少有
一個線程在執行其地址空間中的代碼。如果沒有線程執行進程地址空間中的代碼,進程
也就沒有繼續存在的理由,系統將自動清除進程及其地址空間。
多線程的實現原理
創建一個進程時,它的第一個線程稱爲主線程(Primary   thread),由系統自動生成。
然後可以由這個主線程生成額外的線程,而這些線程,又可以生成更多的線程。
在運行一個多線程的程序時,從表面上看,這些線程似乎在同時運行。而實際情況並非
如此,爲了運行所有的這些線程,操作系統爲每個獨立線程安排一些CPU時間。單CPU操
作系統以輪轉方式向線程提供時間片(Quantum),每個線程在使用完時間片後交出控制
,系統再將CPU時間片分配給下一個線程。由於每個時間片足夠的短,這樣就給人一種假
象,好像這些線程在同時運行。創建額外線程的唯一目的就是儘可能地利用CPU時間。
多線程的問題
使用多線程編程可以給程序員帶來很大的靈活性,同時也使原來需要複雜技巧才能解決
的問題變得容易起來。但是,不應該人爲地將編寫的程序分成一些碎片,讓這些碎片按
各自的線程執行,這不是開發應用程序的正確方法。
線程很有用,但當使用線程時,可能會在解決老問題的同時產生新問題。例如要開發一
個字處理程序,並想讓打印功能作爲單獨的線程自己執行。這聽起來是很好的主意,因
爲在打印時,用戶可立即返回,開始編輯文檔。但這樣一來,在該文檔被打印時文檔中
的數據就有可能被修改,打印的結果就不再是所期望的內容。也許最好不要把打印功能
放在單獨的線程中,不過如果一定要用多線程的話,也可以考慮用下面的方法解決:第
一種方法是鎖定正在打印的文檔,讓用戶編輯其他的文檔,這樣在結束打印之前,該文
檔不會作任何修改;另一個方法可能更有效一些,即可以把該文檔拷貝到一個臨時文件
中,打印這個臨時文件的內容,同時允許用戶對原來的文檔進行修改。當包含文檔的臨
時文件打印完成時,再刪去這個臨時文件。
通過上面的分析可以看出,多線程在幫助解決問題的同時也可能帶來新問題。因此有必
要弄清楚,什麼時候需要創建多線程,什麼時候不需要多線程。總的來說,多線程往往
用於在前臺操作的同時還需要進行後臺的計算或邏輯判斷的情況,而對於GUI(圖形用戶
接口),除了開發MDI(多文檔界面)應用程序外,應儘量不使用多線程。
線程的分類
在MFC中,線程被分爲兩類,即工作線程和用戶界面線程。如果一個線程只完成後臺計算
,不需要和用戶交互,那麼可以使用工作線程;如果需要創建一個處理用戶界面的線程
,則應使用用戶界面線程。這兩者的主要區別在於,MFC框架會給用戶界面線程增加一個
消息循環,這樣用戶界面線程就可以處理自己消息隊列中的消息。這樣看來,如果需要
在後臺作一些簡單的計算(如對電子表格的重算),則首先應考慮使用工作線程,而當
後臺線程需要處理比較複雜的任務,確切地說,當後臺線程的執行過程會隨着實際情況
的不同而改變時,就應該使用用戶界面線程,以便能對不同的消息作出響應。
線程的優先級
當系統需要同時執行多個進程或多個線程時,有時會需要指定線程的優先級。線程的優
先級一般是指這個線程的基優先級,即線程相對於本進程的相對優先級和包含此線程的
進程的優先級的結合。操作系統以優先級爲基礎安排所有的活動線程,系統的每一個線
程都被分配了一個優先級,優先級的範圍從0到31。運行時,系統簡單地給第一個優先級
爲31的線程分配CPU時間,在該線程的時間片結束後,系統給下一個優先級爲31的線程分
配CPU時間。當沒有優先級爲31的線程時,系統將開始給優先級爲30的線程分配CPU時間
,以此類推。除了程序員在程序中改變線程的優先級外,有時程序在執行過程中系統也
會自動地動態改變線程的優先級,這是爲了保證系統對終端用戶的高度響應性。比如用
戶按了鍵盤上的某個鍵時,系統就會臨時將處理WM_KEYDOWN消息的線程的優先級提高2到
3。CPU按一個完整的時間片執行線程,當時間片執行完畢後,系統將該線程的優先級減
1。
線程的同步
在使用多線程編程時,還有一個非常重要的問題就是線程同步。所謂線程同步是指線程
之間在相互通信時避免破壞各自數據的能力。同步問題是由前面說到的Win32系統的CPU
時間片分配方式引起的。雖然在某一時刻,只有一個線程佔用CPU(單CPU時)時間,但
是沒有辦法知道在什麼時候,在什麼地方線程被打斷,這樣如何保證線程之間不破壞彼
此的數據就顯得格外重要。在MFC中,可以使用4個同步對象來保證多線程同時運行。它
們分別是臨界區對象(CCriticalSection)、互斥量對象(CMutex)、信號量對象(CS
emaphore)和事件對象(CEvent)。在這些對象中,臨界區對象使用起來最簡單,它的
缺點是隻能同步同一個進程中的線程。另外,還有一種基本的方法,本文稱爲線性化方
法,即在編程過程中對一定數據的寫操作都在一個線程中完成。這樣,由於同一線程中
的代碼總是按順序執行的,就不可能出現同時改寫數據的情況。
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