Delphi中的线程类

Delphi中的线程类--之（1）
　　Delphi中的线程类--之（1）    Raptor（原作）  
　　  
　　关键字     Thread Event CriticalSection Synchronize 
　　  
　　Delphi中的线程类
　　
　　猛禽[Mental Studio]
　　
　　http://mental.mentsu.com
　　
　　（ 之一）
　　
　　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Delphi书藉都有说到，但基本上都是对TThread类的几个成员作一简单介绍，再说明一下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，我写此文的目的在于对此作一个补充。
　　
　　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，它的定义为：
　　
　　HANDLE CreateThread(
　　    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, 
　　    DWORD dwStackSize, 
　　    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, 
　　    LPVOID lpParameter, 
　　    DWORD dwCreationFlags, 
　　    LPDWORD lpThreadId 
　　   );
　　
　　其各参数如它们的名称所说，分别是：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），堆栈大小，起始地址，参数，创建标志（用于设置线程创建时的状态），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。
　　整个线程的执行过程如下图：
　　？xml:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />？xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />此主题相关图片如下：
　　
　　因为CreateThread参数很多，而且是Windows的API，所以在C Runtime Library里提供了一个通用的线程函数（理论上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的代码放到一个独立的线程中执行。线程函数与一般函数的最大不同在于，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，线程函数返回后，线程就终止了。但也有其它方式：
　　
　　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或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单元中对线程作了一个较好的封装，这就是VCL的线程类：TThread
　　
　　使用这个类也很简单，大多数的Delphi书籍都有说，基本用法是：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），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），如果需要用到可视VCL对象，还需要通过Synchronize过程进行。关于之方面的具体细节，这里不再赘述，请参考相关书籍。
　　
　　本文接下来要讨论的是TThread类是如何对线程进行封装的，也就是深入研究一下TThread类的实现。因为只是真正地了解了它，才更好地使用它。
　　
　　下面是DELPHI7中TThread类的声明（本文只讨论在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作详细分析。
　　
　　（待续）
　　 

Delphi中的线程类--之（2）
　　 Delphi中的线程类--之（2）    Raptor（原作）  
　　  
　　关键字     Thread Event CriticalSection Synchronize 
　　  
　　Delphi中的线程类
　　
　　猛禽[Mental Studio]
　　
　　http://mental.mentsu.com
　　
　　之二
　　
　　首先就是构造函数：
　　
　　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.CreateResFmt(@SThreadCreateError, [SysErrorMessage(GetLastError)]);
　　end;
　　
　　虽然这个构造函数没有多少代码，但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;
　　
　　同样有一个对应的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，而是用了InterlockedIncrement/InterlockedDecrement这一对过程，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：
　　
　　一般来说，对内存数据加一的操作分解以后有三个步骤：
　　
　　1、  从内存中读出数据
　　2、  数据加一
　　3、  存入内存

现在假设在一个两个线程的应用中用Inc进行加一操作可能出现的一种情况：
　　1、  线程A从内存中读出数据（假设为3）
　　2、  线程B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（现在内存中的数据还是4，但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InterlockIncrement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”执行完毕前不会进行线程切换。所以在上面那个例子中，只有当线程A执行完将数据存入内存后，线程B才可以开始从中取数并进行加一操作，这样就保证了即使是在多线程情况下，结果也一定会是正确的。
　　
　　前面那个例子也说明一种“线程访问冲突”的情况，这也就是为什么线程之间需要“同步”（Synchronize），关于这个，在后面说到同步时还会再详细讨论。
　　
　　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，接下来最重要就是这句了：
　　
　　FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID);
　　
　　这里就用到了前面说到的Delphi RTL函数BeginThread，它有很多参数，关键的是第三、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，在这里就是创建的线程对象（即Self）。其它的参数中，第五个是用于设置线程在创建后即挂起，不立即执行（启动线程的工作是在AfterConstruction中根据CreateSuspended标志来决定的），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：
　　
　　function 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。下面对代码作逐行说明：
　　
　　首先判断线程类的Terminated标志，如果未被标志为终止，则调用线程类的Execute