用多線程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集
一、 多線程數(shù)據(jù)采集的優(yōu)點(diǎn)
Win95/98最讓人喜愛的除了漂亮的界面以外,就是多線程與多任務(wù)了。在Windows 9 5以及Windows NT中,一個(gè)程序無法獨(dú)占所有的CP U執(zhí)行時(shí)間,一個(gè)程序也不是從頭到尾一條線。相反,一個(gè)程序在執(zhí)行中可以分為多個(gè)程序片段同時(shí)執(zhí)行。這些能同時(shí)執(zhí)行的程序片段稱為線程。在Windows 95以及Windows NT中,操作系統(tǒng)同一時(shí)間可以輪流執(zhí)行多個(gè)程序,這就是多任務(wù)。
采用多線程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集可以有效地加快程序的反應(yīng)速度、增加執(zhí)行的效率。一般的程序中都要處理用戶的輸入,但用戶的輸入速度與CPU的執(zhí)行速度相比就向走路與坐飛機(jī)一樣。這樣,CPU就將浪費(fèi)大量的時(shí)間用來等待用戶的輸入(如在DOS環(huán)境中)。如果采用多線程,那么就可以用一個(gè)線程等待用戶的輸入;另一個(gè)線程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或其他的工作。對(duì)于數(shù)據(jù)采集程序,可以用一個(gè)單獨(dú)的線程進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這樣,能最大限度地保證采集的實(shí)時(shí)性,而另外的線程同時(shí)又能及時(shí)地響應(yīng)用戶的操作或進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,否則,程序在采集數(shù)據(jù)時(shí)就不能響應(yīng)用戶的操作或在響應(yīng)用戶操作時(shí)就不能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,尤其當(dāng)采集的數(shù)據(jù)量很大、數(shù)據(jù)處理任務(wù)很重時(shí),如果不采用多線程,采集時(shí)的漫長的等待是難以忍受的。
但是,多線程要比普通程序設(shè)計(jì)復(fù)雜得多。由于任一時(shí)刻都可能有多個(gè)線程同時(shí)執(zhí)行,所以,許多的變量、數(shù)據(jù)都可能會(huì)被其他線程所修改。這就是多線程程序中最關(guān)鍵的線程間的同步控制問題。
二、 多線程數(shù)據(jù)采集應(yīng)解決的問題
其實(shí),多線程程序設(shè)計(jì)復(fù)雜是暫時(shí)的,如果你采用傳統(tǒng)的C進(jìn)行多線程的設(shè)計(jì),那么你必須自己控制線程間的同步,那將是很復(fù)雜的。但是如果利用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法,采用Delphi進(jìn)行多線程程序設(shè)計(jì),問題就簡單多了。這是因?yàn)?Delphi已將多線程的復(fù)雜性替我們處理了, 我們所要做的就是繼承。
具體地說,多線程數(shù)據(jù)采集需要完成以下工作:
1. 從TThread類派生一個(gè)自己的類Sample Thread,這就是我們用于數(shù)據(jù)采集的類,進(jìn)行采集時(shí),只需要簡單地創(chuàng)建一個(gè)SampleThread。
2. 重載超類TThread的Execute方法,在這一方法中將具體地執(zhí)行數(shù)據(jù)采集任務(wù)。
3. 如果希望一邊采集一邊顯示,就再編寫幾個(gè)用于顯示采集進(jìn)度的過程,供Execute 方法調(diào)用。
TThread類中最常用的屬性/方法如下:
Create方法:constructor Create(CreateSuspended: Boolean) 。
其中CreateSuspended參數(shù)確定線程在創(chuàng)建時(shí)是否立即執(zhí)行。如果為True,新線程在創(chuàng)建后被掛起;如果為False,線程在創(chuàng)建后立即執(zhí)行。
FreeOnTerminate屬性:property FreeOnTerminate: Boolean。
該屬性確定程序員是否負(fù)責(zé)撤消該線程。如果該屬性為True,VCL 將在該線程終止時(shí)自動(dòng)撤消線程對(duì)象。它的缺省值為False。
OnTerminate屬性:property OnTerminate: TNotifyEvent。
該屬性指定一個(gè)當(dāng)線程終止時(shí)發(fā)生的事件。
下面看一個(gè)具體的例子。
三、多線程數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)
這是筆者開發(fā)的一個(gè)測(cè)抽油機(jī)功能的程序。它的功能是采集抽油機(jī)懸點(diǎn)的載荷及位移數(shù)據(jù),經(jīng)過處理后做出抽油機(jī)的功能圖。圖中所示是數(shù)據(jù)采集時(shí)的界面。點(diǎn)"采集數(shù)據(jù)"按鈕后,程序?qū)?chuàng)建一新的線程,并設(shè)置其屬性。這一新線程將完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。程序如下: 圖1
Procedure TsampleForm.DoSampleBtnClick(Sender: TObject);
Begin
ReDrawBtn.Enabled := True;
DoSampleBtn.Enabled := False;
FFTBtn.Enabled := True;
TheSampler := SampleThread.Create(False);
←創(chuàng)建采集線程
TheSampler.OnTerminate := FFTBtnClick;
←采集完成后要執(zhí)行的任務(wù)
TheSampler.FreeOnTerminate := True;
←采集完成后撤消
End;
采集線程的類定義如下:
Type
SampleThread = class(TThread)
Public
function AdRead(ach: byte): integer; safecall;
←讀A/D卡的函數(shù)
procedure UpdateCaption; ←顯示采集進(jìn)度
procedure ShowCostTime; ←顯示采集所用時(shí)間
private
{ Private declarations }
protected
thes, thep: real;
dt: real;
id: integer;
st, ed: LongInt;
procedure Execute; override;←這是關(guān)鍵。
End;
在這個(gè)類中定義了一個(gè)函數(shù)AdRead用于操作A/D卡,兩個(gè)過程用于顯示采集的進(jìn)度與所用時(shí)間。需要注意的是AdRead函數(shù)是用匯編寫的 ,參數(shù)調(diào)用格式必須是safecall。
關(guān)鍵的重載方法Execute的代碼如下:
Procedure SampleThread.Execute;
Begin
StartTicker := GetTickCount;
id := 0;
Repeat
thes := Adread(15) * ad2mv * mv2l;→采集第15通道
thep := Adread(3) * ad2mv * mv2n;→采集第3通道
dt := GetTickCount - StartTicker;
sarray[id] := thes;
parray[id] := thep;
tarray[id] := dt;
inc(id);
Synchronize(UpdateCaption);→注意:顯示采集進(jìn)度 Until i d>=4096;
ed := GetTickCount; Synchronize(ShowCostTime);→注意 :顯示所用時(shí)間
end;
從以上代碼中可見,Execute與一般的代碼并無本質(zhì)區(qū)別。僅有的區(qū)別是顯示采集進(jìn)度和顯示所用時(shí)間時(shí),不能直接調(diào)用各自的過程,而是通過調(diào)用Synchronize間接地調(diào)用, 這樣做是為了保持進(jìn)程間的同步。
四、結(jié)論
以上的程序采用Delphi 4.0編程,在AMD-K6-2/300上實(shí)現(xiàn)。測(cè)試結(jié)果是這樣的:采用多線程,采集4096個(gè)點(diǎn)一般耗用10～14秒的時(shí)間; 如果不采用多線程則需要1分鐘到1分半鐘?？梢姸嗑€程可明顯提高程序的執(zhí)行效率。
《計(jì)算機(jī)世界報(bào)》99年第二十期(5月31日): 電腦與生活
河北固安華北石油職工大學(xué) 袁一林 李曉平
