delphi多線程編程
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本章描述Windows 95與Windows NT的基于線程的多任務(wù)設(shè)計。
15.1 線 程
我們知道，Windows 95支持兩種形式的多任務(wù)。第一種類型是基于進(jìn)程的機(jī)制，這也是Windows從一開始就支持的多處理類型。進(jìn)程本質(zhì)上是指正在執(zhí)行著的程序，在基于進(jìn)程的多任務(wù)環(huán)境下，兩個至多個進(jìn)程可以并發(fā)地執(zhí)行。第二種類型是基于線程（thread）的機(jī)制，基于線程的多任務(wù)對于多數(shù)Windows用戶和程序員而言是一個嶄新的概念，因為Windows 95以前的Windows版本不能支持線程的概念（Windows NT除外）。
線程是指進(jìn)程中的一個執(zhí)行流。多個線程可以并發(fā)地運行于同一個進(jìn)程中。
在Windows 95/98/NT中，每一個進(jìn)程擁有至少一個線程，允許同時執(zhí)行兩個或多個線程。并由我們的程序控制它們?；诰€程的多任務(wù)允許同一程序的不同部分（線程）并發(fā)地執(zhí)行。這樣，程序員就能夠?qū)懗龇浅８咝У某绦?，因為程序員能夠定義執(zhí)行線程并管理程序的執(zhí)行方式，能夠完全地控制程序片段的執(zhí)行。例如，可以在一個程序中指定一個線程執(zhí)行文件排序工作，指定另外一個線程負(fù)責(zé)收集來自某個遠(yuǎn)程資源的信息，指定又一線程完成用戶輸入的工作。因為處于多線程多任務(wù)環(huán)境，每一線程都能夠并發(fā)地執(zhí)行，這樣就能充分地利用CPU時間。
通常，多線程處理使程序運行速度減慢，除非我們有多線程CPU，以及可以在處理器中分離線程的操作系統(tǒng)。
基于線程的多任務(wù)使得同步功能特征顯得更為重要。既然多個線程（及進(jìn)程）可以并發(fā)執(zhí)行，那么必須適當(dāng)?shù)貐f(xié)調(diào)線程間的執(zhí)行順序以使其能同步訪問共享資源與內(nèi)存，從而使程序編寫起來顯得更加復(fù)雜。Windows 95增加了一個完整的子系統(tǒng)以支持同步機(jī)制，其中的一些關(guān)鍵特征將在本章后進(jìn)一步地討論。
15.2 線 程 類
所有進(jìn)程至少都擁有一個執(zhí)行線程，為了討論方便，我們稱該執(zhí)行線程為主線程。然而，在一個程序中，除了主線程之外，可能還創(chuàng)建有一個或更多的執(zhí)行線程。通常，一個線程一旦創(chuàng)建即開始執(zhí)行。因此，一個進(jìn)程最開始作為一個執(zhí)行線程而被啟動，以后它還可以創(chuàng)建更多的執(zhí)行線程。通過這種機(jī)制，基于線程的多任務(wù)得以實現(xiàn)。
編寫基于線程的程序，既可以使用Windows 95提供的Win32應(yīng)用程序接口函數(shù)(API)，也可以使用Delphi 5.0提供的線程對象。而使用Delphi 5.0的線程對象（TThread對象），則可使編寫線程程序變得簡單、高效。TThread對象提供了許多特性和方法（成員函數(shù)），你只要根據(jù)工作需要對這些函數(shù)或方法進(jìn)行重寫，即可在程序中實現(xiàn)多線程機(jī)制。
Tthread類是TObject對象的直接派生類。與其它大多數(shù)Delphi類和構(gòu)件不同的是，你不能在程序中直接使用該對象，而必須從Tthread類產(chǎn)生一個新的派生類，并對需要使用的方法進(jìn)行重寫，以重載（Override）Tthread類的方法。下面對Tthread類的部分特性和方法進(jìn)行討論（除非特別說明，所有討論的特性和方法都是Public）：
15.2.1 線程類特性
線程類包括以下幾種特性：
1．FreeOnTerminate特性：該特性為布爾類型，只能在運行時間使用。 該特性決定線程結(jié)束時，是由VCL自動消除（destroy）線程對象（值為True），還是你自己負(fù)責(zé)消除線程對象（值為False）。FreeOnTerminate缺省值為 False。
2．Thandle特性：每一個執(zhí)行線程都有一個句柄，Win32 API大多數(shù)線程函數(shù)都需要用到句柄。該特性就用于保存線程的句柄，通過讀取Thandle特性的值，可以獲得線程的句柄，從而可調(diào)用Win32 API函數(shù)來執(zhí)行控制線程的操作。
3．Priority特性：該特性動態(tài)設(shè)置線程調(diào)度的優(yōu)先級，只能在運行時間使用。優(yōu)先級的缺省值為tpNormal，但你可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，以改變線程調(diào)度的優(yōu)先級。詳細(xì)介紹請看12.3節(jié)。
4．ReturnValue特性：該特性為整數(shù)類型，且只能由線程對象的派生類調(diào)用或訪問（Protected特性）。該特性等價于函數(shù)的Result變量，你可以使用該特性來指示線程執(zhí)行的成功或失敗。
5．Suspended特性：該特性為布爾類型，用于決定線程是否掛起。被掛起的線程停止執(zhí)行，直到該線程被恢復(fù)。設(shè)置線程的Suspended特性為TRUE，可以掛起一個線程；設(shè)置線程的Suspended特性為FALSE，可以恢復(fù)一個線程的執(zhí)行。
6．Terminated特性：該特性為布爾類型，且為Protected特性，只讀，只能由線程對象的派生類調(diào)用或訪問。該特性決定線程是否應(yīng)該中止執(zhí)行。如果該特性值為TRUE，表示線程執(zhí)行即將結(jié)束，這時程序應(yīng)立即退出線程的Execute方法。你也可以通過調(diào)用Terminate方法來強行設(shè)置線程的Terminated特性為TRUE，從而達(dá)到退出線程執(zhí)行的目的。
7．ThreadID特性： 該特性用于保存線程的標(biāo)識，有些Win32 API線程函數(shù)需要使用該標(biāo)識。通過讀取ThreadID特性的值，可以獲得線程的標(biāo)識，從而可調(diào)用Win32 API函數(shù)來執(zhí)行其它控制線程的操作。
15.2.2 線程類方法
線程類主要包括以下幾種方法：
1．Create構(gòu)造函數(shù)：參數(shù)CreateSuspended用來選擇是馬上啟動線程（值為False）還是暫停它（值為True）。
2．DoTerminate過程：該過程只能由線程對象內(nèi)部方法調(diào)用，用于與主VCL線程的同步，并產(chǎn)生OnTerminate事件。一般來說，當(dāng)線程終止時，線程會自動調(diào)用DoTermiante過程，程序員一般不需要重寫該過程的代碼。
3．Execute過程：該方法開始一個線程的執(zhí)行，你必須在派生的線程類中重寫該過程，以實現(xiàn)線程的功能。當(dāng)使用Windows API時，這段代碼應(yīng)該放置在線程函數(shù)中。Execute方法返回時，終止線程的執(zhí)行，釋放線程堆棧，并調(diào)用OnTerminate事件驅(qū)動程序（如果有的話）。Execute方法必須周期性地檢測Terminated特性，如果為TRUE，Execute方法必須立即返回。如果線程返回失敗，說明調(diào)用Termianted方法時，線程沒有終止。
4．Resume過程：該方法恢復(fù)一個被掛起的線程的執(zhí)行。Resume方法調(diào)用可以嵌套，如果你執(zhí)行了多次Suspend，則線程實際恢復(fù)運行前，你必須執(zhí)行同樣次數(shù)的Resume調(diào)用。
5．Suspend過程：該方法暫停一個線程的執(zhí)行。暫停執(zhí)行的線程可以調(diào)用Resume方法來恢復(fù)執(zhí)行。Suspend方法調(diào)用可以嵌套，如果你執(zhí)行了多次Suspend，則線程實際恢復(fù)運行前，你必須執(zhí)行同樣次數(shù)的Resume調(diào)用。
6．Synchronize過程：在Delphi 5.0的多線程編程中，各種VCL構(gòu)件都是臨界資源，只能由主線程使用。其它線程要使用這些VCL構(gòu)件，必須使用Synchronize方法，通過傳遞使用了VCL構(gòu)件的方法，就可避免多線程與VCL構(gòu)件的沖突，避免重入問題。該過程帶有唯一一個TThreadMethod類型的參數(shù)是一個不接收參數(shù)的對象方法，用于指定在線程對象中的方法。
7．Terminate過程：該方法設(shè)置Terminated特性為TRUE，并通知你的線程，線程執(zhí)行將終止。Execute方法必須周期性地檢測Terminated特性，如果為TRUE，必須立即返回。
8．WaitFor函數(shù)：該方法等待線程執(zhí)行的終止，然后返回ReturnValue特性的值（整型）。如果線程不終止，WaitFor函數(shù)就不會返回，因此，在調(diào)用WaitFor函數(shù)后，必須確保線程退出，這可以通過終止Execute方法的執(zhí)行或當(dāng)Terminated特性值為TRUE時退出來實現(xiàn)。另外，如果線程使用了Synchronize方法，則不要在主線程中使用WaitFor方法，因為這樣一來易引起死鎖，或?qū)е赂鞣NEthread例外的發(fā)生。Synchronize在主線程允許同步的方法執(zhí)行之前一直等待，直到主線程進(jìn)入消息循環(huán)，如果主線程調(diào)用了WaitFor，它就不能進(jìn)入消息循環(huán)，Synchronize也不會返回，TThread會檢查到這種錯誤，從而引起Ethread例外。如果WaitFor已被調(diào)用，而Synchronize又一直等待，則TThread不會檢查到這種錯誤，你的程序?qū)⑦M(jìn)入死鎖。
9．OnTerminate過程：該過程是OnTerminate事件的驅(qū)動程序。OnTerminate事件發(fā)生在線程的Execute方法已經(jīng)返回，TThread結(jié)束線程之前。該事件驅(qū)動程序只能在主線程使用，可以調(diào)用各種VCL方法和特性。
15.3 創(chuàng)建多線程程序
下面以一個例子說明創(chuàng)建多線程執(zhí)行程序的過程。在圖15.1中，程序?qū)?chuàng)建兩個執(zhí)行5000次的循環(huán)的線程。每個線程在執(zhí)行循環(huán)的每一次疊代后，將顯示循環(huán)的次數(shù)。當(dāng)運行該程序時，會發(fā)現(xiàn)兩個線程是并發(fā)執(zhí)行的。
15.3.1 創(chuàng)建多線程
在Delphi中，你即可以通過直接書寫線程代碼來創(chuàng)建線程，也可以Delphi的File|New命令向當(dāng)前項目文件加入一個線程對象來實現(xiàn)。兩者結(jié)果都一樣，都是產(chǎn)生一個Tthread類的派生類。下面就使用后一種方法進(jìn)行說明。
選擇File菜單的New命令，打開New Items對話框，選擇New頁標(biāo)簽下的Thread Object圖標(biāo)（見圖15.2），打開New Thread Object對話框，在New Thread Object對話框的Class Name編輯框，輸入創(chuàng)建線程的類名，然后選擇OK按鈕，則Delphi生成一個新的代碼文件，該代碼文件即為新線程類的代碼文件。
程序如下：
unit Unit2;
interface
uses Classes;
type
MyThread = class(TThread)
private
{ Private declarations }
protected procedure Execute;
override;
end;
implementation
{ Important: Methods and properties of objects in VCL can only be used
in a method called using Synchronize, for example,
Synchronize(UpdateCaption); and UpdateCaption could look like,
procedure MyThread.UpdateCaption;
begin
Form1.Caption := 'Updated in a thread';
end; }
{ MyThread }
procedure
MyThread.Execute;
begin
{ Place thread code here }
end;
end.
該代碼文件生成一個線程類的派生類，并提供了需要派生類覆蓋的方法Execute說明。文件中還包含如何編寫處理VCL構(gòu)件方法的說明信息?，F(xiàn)根據(jù)本程序的需要，修改代碼文件，并將其保存為ThreadUnit.Pas。
interface
uses Classes, StdCtrls,SysUtils;
type
MyThread = class(TThread)
private
{ Private declarations }
AEdit:TEdit; MaxLoop:Integer; CurrentLoop: Integer;
protected
procedure Execute; override;
procedure DisLoop;
public
constructor Create(Edit:TEdit;Max:Integer);
end;
implementation
{ MyThread }
constructor MyThread.Create(Edit:TEdit;Max:Integer);
begin
inherited Create(False);
AEdit:=Edit;
MaxLoop:=Max;
FreeOnTerminate := True;
end;
procedure MyThread.DisLoop;
begin
AEdit.text:=InttoStr(CurrentLoop);
end;
procedure MyThread.Execute;
var I:Integer;
begin
for I:=0 to MaxLoop Do
begin
CurrentLoop:=I;
Synchronize(DisLoop);
if Terminated then Exit;
end;
end;
end.
下面就有關(guān)問題進(jìn)行說明：
1．線程類中增加的AEdit，MaxLoop，CurrentLoop三個用于控制循環(huán)次數(shù)的顯示，由于每個線程的這三個特性都不相同，且都需要訪問VCL構(gòu)件，因此它們都設(shè)置為私有特性，不能被繼承，也不能在線程類外使用，當(dāng)類實例化時后，這些特性的值由Create拷入并初始化。
2．增加的DisLoop方法用于向編輯框構(gòu)件寫入循環(huán)次數(shù)。Execute方法通過使用Synchronize調(diào)用DisLoop，從而解決了使用VCL構(gòu)件時多線沖突問題。
3．構(gòu)造函數(shù)Create覆蓋了原線程類的構(gòu)造函數(shù)，并將傳入的參數(shù)Edit（對應(yīng)的編輯框件）和Max(最大循環(huán)次數(shù))賦給實例化的對象。
4．線程一旦創(chuàng)建，就執(zhí)行Execute方法，每循環(huán)一次，就將循環(huán)次數(shù)顯示在編輯框.
15.3.2 啟動線程
本程序中，用戶通過單擊Start按鈕來開始兩個線程的執(zhí)行，下面是單擊Start按鈕的事件驅(qū)動程序：
procedure TParaComupte.StartButtonClick(Sender: TObject);
begin
ThreadsRunning:=2;
MyThread1:=MyThread.Create(Edit1,5000);
MyThread1.OnTerminate := ThreadDone;
MyThread2:=MyThread.Create(Edit2,5000);
MyThread2.OnTerminate := ThreadDone;
StartButton.Enabled := False;
end;
該事件驅(qū)動程序創(chuàng)建兩個線程，并傳入有關(guān)參數(shù)，ThreadsRunning全局變量用于說明創(chuàng)建線程的個數(shù)，ThreadDonee用于定義當(dāng)線程執(zhí)行結(jié)束時(發(fā)生OnTerminate事件)執(zhí)行的過程，其代碼為：
procedure TParaCompute.ThreadDone(Sender: TObject);
begin
dec(ThreadsRunning);
if ThreadsRunning=0 then
StartButton.Enabled := True;
end;
每結(jié)束一個線程，ThreadsRunning就減1，當(dāng)ThreadsRunning值為0時，表示線程全部執(zhí)行完畢，Start按鈕可以接收用戶輸入。
15.3.3 線程的暫停、恢復(fù)與終止
為了說明問題，本節(jié)在窗體中增加下列按鈕構(gòu)件Suspend、Resume、Terminate(見圖15.4)。Suspend暫停線程1的執(zhí)行，Resume恢復(fù)暫停了的線程，Terminate則終止線程的執(zhí)行。
在線程類一節(jié)，我們介紹了Suspended特性。該特性為布爾類型，用于決定線程是否掛起。設(shè)置線程的Suspended特性為TRUE，可以掛起一個線程；設(shè)置線程的Suspended特性為FALSE，可以恢復(fù)一個線程的執(zhí)行。而執(zhí)行Terminate過程，則可設(shè)置Terminated特性為TRUE，并通知你的線程，線程執(zhí)行將終止。
如MyThread1.Suspended:=True;
15.4 線程的優(yōu)先級
每一個線程與一個優(yōu)先級相聯(lián)。線程優(yōu)先級用于確定一個線程收到多少CPU時間。線程類的Priority特性用于獲取和設(shè)置線程調(diào)度的優(yōu)先級。優(yōu)先級的缺省值為tpNormal，但你可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，以改變線程調(diào)度的優(yōu)先級。Delphi的TThreadPriority枚舉類型定義了Priority特性所有可能的值。這些值包括：
tpIdle：這是線程的最低優(yōu)先級。只有當(dāng)系統(tǒng)閑置（idle），無其它程序運行時，才執(zhí)行tpIdle優(yōu)先級的線程，Windows也不會為了執(zhí)行tpIdle優(yōu)先級的線程而中斷其它線程的執(zhí)行。
tpLowest：該優(yōu)先級比tpNormal優(yōu)先級低兩級。
tpLower： 該優(yōu)先級比tpNormal優(yōu)先級低一級。
tpNormal：該優(yōu)先級是線程的正常優(yōu)先級。
tpHigher：該優(yōu)先級比tpNormal優(yōu)先級高一級。
tpHighest：該優(yōu)先級比tpNormal優(yōu)先級高兩級。
tpTimeCritical：該優(yōu)先級是線程的最高優(yōu)先級
