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多線程編程之一——問題提出

編寫一個耗時的單線程程序:

  新建一個基于對話框的應(yīng)用程序SingleThread,在主對話框IDD_SINGLETHREAD_DIALOG添加一個按鈕,ID為IDC_SLEEP_SIX_SECOND,標(biāo)題為“延時6秒”,添加按鈕的響應(yīng)函數(shù),代碼如下:

void CSingleThreadDlg::OnSleepSixSecond(){Sleep(6000); //延時6秒}
  編譯并運行應(yīng)用程序,單擊“延時6秒”按鈕,你就會發(fā)現(xiàn)在這6秒期間程序就象“死機”一樣,不在響應(yīng)其它消息。為了更好地處理這種耗時的操作,我們有必要學(xué)習(xí)——多線程編程。

二、多線程概述

  進程和線程都是操作系統(tǒng)的概念。進程是應(yīng)用程序的執(zhí)行實例,每個進程是由私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它各種系統(tǒng)資源組成,進程在運行過程中創(chuàng)建的資源隨著進程的終止而被銷毀,所使用的系統(tǒng)資源在進程終止時被釋放或關(guān)閉。
  線程是進程內(nèi)部的一個執(zhí)行單元。系統(tǒng)創(chuàng)建好進程后,實際上就啟動執(zhí)行了該進程的主執(zhí)行線程,主執(zhí)行線程以函數(shù)地址形式,比如說main或WinMain函數(shù),將程序的啟動點提供給Windows系統(tǒng)。主執(zhí)行線程終止了,進程也就隨之終止。
  每一個進程至少有一個主執(zhí)行線程,它無需由用戶去主動創(chuàng)建,是由系統(tǒng)自動創(chuàng)建的。用戶根據(jù)需要在應(yīng)用程序中創(chuàng)建其它線程,多個線程并發(fā)地運行于同一個進程中。一個進程中的所有線程都在該進程的虛擬地址空間中,共同使用這些虛擬地址空間、全局變量和系統(tǒng)資源,所以線程間的通訊非常方便,多線程技術(shù)的應(yīng)用也較為廣泛。
  多線程可以實現(xiàn)并行處理,避免了某項任務(wù)長時間占用CPU時間。要說明的一點是,目前大多數(shù)的計算機都是單處理器(CPU)的,為了運行所有這些線程,操作系統(tǒng)為每個獨立線程安排一些CPU時間,操作系統(tǒng)以輪換方式向線程提供時間片,這就給人一種假象,好象這些線程都在同時運行。由此可見,如果兩個非?;钴S的線程為了搶奪對CPU的控制權(quán),在線程切換時會消耗很多的CPU資源,反而會降低系統(tǒng)的性能。這一點在多線程編程時應(yīng)該注意。
  Win32 SDK函數(shù)支持進行多線程的程序設(shè)計,并提供了操作系統(tǒng)原理中的各種同步、互斥和臨界區(qū)等操作。Visual C++ 6.0中,使用MFC類庫也實現(xiàn)了多線程的程序設(shè)計,使得多線程編程更加方便。

三、Win32 API對多線程編程的支持

  Win32 提供了一系列的API函數(shù)來完成線程的創(chuàng)建、掛起、恢復(fù)、終結(jié)以及通信等工作。下面將選取其中的一些重要函數(shù)進行說明。

1、HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,DWORD dwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,LPVOID lpParameter,DWORD dwCreationFlags,LPDWORD lpThreadId);
該函數(shù)在其調(diào)用進程的進程空間里創(chuàng)建一個新的線程,并返回已建線程的句柄,其中各參數(shù)說明如下:
  • lpThreadAttributes:指向一個 SECURITY_ATTRIBUTES 結(jié)構(gòu)的指針,該結(jié)構(gòu)決定了線程的安全屬性,一般置為 NULL;
  • dwStackSize:指定了線程的堆棧深度,一般都設(shè)置為0;
  • lpStartAddress:表示新線程開始執(zhí)行時代碼所在函數(shù)的地址,即線程的起始地址。一般情況為(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,ThreadFunc 是線程函數(shù)名;
  • lpParameter:指定了線程執(zhí)行時傳送給線程的32位參數(shù),即線程函數(shù)的參數(shù);
  • dwCreationFlags:控制線程創(chuàng)建的附加標(biāo)志,可以取兩種值。如果該參數(shù)為0,線程在被創(chuàng)建后就會立即開始執(zhí)行;如果該參數(shù)為CREATE_SUSPENDED,則系統(tǒng)產(chǎn)生線程后,該線程處于掛起狀態(tài),并不馬上執(zhí)行,直至函數(shù)ResumeThread被調(diào)用;
  • lpThreadId:該參數(shù)返回所創(chuàng)建線程的ID;

如果創(chuàng)建成功則返回線程的句柄,否則返回NULL。

2、DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);
該函數(shù)用于掛起指定的線程,如果函數(shù)執(zhí)行成功,則線程的執(zhí)行被終止。
3、DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);
該函數(shù)用于結(jié)束線程的掛起狀態(tài),執(zhí)行線程。
4、VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);
該函數(shù)用于線程終結(jié)自身的執(zhí)行,主要在線程的執(zhí)行函數(shù)中被調(diào)用。其中參數(shù)dwExitCode用來設(shè)置線程的退出碼。
5、BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);
  一般情況下,線程運行結(jié)束之后,線程函數(shù)正常返回,但是應(yīng)用程序可以調(diào)用TerminateThread強行終止某一線程的執(zhí)行。各參數(shù)含義如下:
  • hThread:將被終結(jié)的線程的句柄;
  • dwExitCode:用于指定線程的退出碼。

  使用TerminateThread()終止某個線程的執(zhí)行是不安全的,可能會引起系統(tǒng)不穩(wěn)定;雖然該函數(shù)立即終止線程的執(zhí)行,但并不釋放線程所占用的資源。因此,一般不建議使用該函數(shù)。

6、BOOL PostThreadMessage(DWORD idThread,UINT Msg,WPARAM wParam,LPARAM lParam);
該函數(shù)將一條消息放入到指定線程的消息隊列中,并且不等到消息被該線程處理時便返回。
  • idThread:將接收消息的線程的ID;
  • Msg:指定用來發(fā)送的消息;
  • wParam:同消息有關(guān)的字參數(shù);
  • lParam:同消息有關(guān)的長參數(shù);

調(diào)用該函數(shù)時,如果即將接收消息的線程沒有創(chuàng)建消息循環(huán),則該函數(shù)執(zhí)行失敗。

四、Win32 API多線程編程例程

例程1 MultiThread1

  1. 建立一個基于對話框的工程MultiThread1,在對話框IDD_MULTITHREAD1_DIALOG中加入兩個按鈕和一個編輯框,兩個按鈕的ID分別是IDC_START,IDC_STOP ,標(biāo)題分別為“啟動”,“停止”,IDC_STOP的屬性選中Disabled;編輯框的ID為IDC_TIME ,屬性選中Read-only;
     
  2. 在MultiThread1Dlg.h文件中添加線程函數(shù)聲明:
    void ThreadFunc();    
    注意,線程函數(shù)的聲明應(yīng)在類CMultiThread1Dlg的外部。 在類CMultiThread1Dlg內(nèi)部添加protected型變量:
    	HANDLE hThread;    DWORD ThreadID;    
    分別代表線程的句柄和ID。
     
  3. 在MultiThread1Dlg.cpp文件中添加全局變量m_bRun :
    volatile BOOL m_bRun;    
    m_bRun 代表線程是否正在運行。

    你要留意到全局變量 m_bRun 是使用 volatile 修飾符的,volatile 修飾符的作用是告訴編譯器無需對該變量作任何的優(yōu)化,即無需將它放到一個寄存器中,并且該值可被外部改變。對于多線程引用的全局變量來說,volatile 是一個非常重要的修飾符。

    編寫線程函數(shù):
    void ThreadFunc()    {    CTime time;    CString strTime;    m_bRun=TRUE;    while(m_bRun)    {    time=CTime::GetCurrentTime();    strTime=time.Format("%H:%M:%S");    ::SetDlgItemText(AfxGetMainWnd()->m_hWnd,IDC_TIME,strTime);    Sleep(1000);    }    }    
    該線程函數(shù)沒有參數(shù),也不返回函數(shù)值。只要m_bRun為TRUE,線程一直運行。

    雙擊IDC_START按鈕,完成該按鈕的消息函數(shù):
    void CMultiThread1Dlg::OnStart()    {    // TODO: Add your control notification handler code here    hThread=CreateThread(NULL,    0,    (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,    NULL,    0,    &ThreadID);    GetDlgItem(IDC_START)->EnableWindow(FALSE);    GetDlgItem(IDC_STOP)->EnableWindow(TRUE);    }    
    雙擊IDC_STOP按鈕,完成該按鈕的消息函數(shù):
    void CMultiThread1Dlg::OnStop()    {    // TODO: Add your control notification handler code here    m_bRun=FALSE;    GetDlgItem(IDC_START)->EnableWindow(TRUE);    GetDlgItem(IDC_STOP)->EnableWindow(FALSE);    }    
    編譯并運行該例程,體會使用Win32 API編寫的多線程。
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