在C＋＋Builer中多線程的實現(xiàn)
2019-09-06 23:33:44
供稿：網(wǎng)友
還在Dos時代，人們就在尋求一種多任務(wù)的實現(xiàn)。于是出現(xiàn)了TSR類型的后臺駐留程序，比較有代表性的有Side Kick、Vsafe等優(yōu)秀的TSR程序，這類程序的出現(xiàn)和應(yīng)用確實給用戶使用計算機帶來了極大的方便，比如Side Kick，我們編程可以在不用進(jìn)編輯程序的狀態(tài)下，一邊編輯源程序，一邊編譯運行，非常方便。但是，Dos單任務(wù)操作系統(tǒng)的致命缺陷注定了在Dos下不可能開發(fā)出真正的多任務(wù)程序。進(jìn)入Windows3.1時代，這種情況依然沒有根本的改變，一次應(yīng)用只能做一件事。比如數(shù)據(jù)庫查詢，除非應(yīng)用編得很好，在查詢期間整個系統(tǒng)將不響應(yīng)用戶的輸入。
進(jìn)入了Windows NT和Windows 9x時代，情況就有了徹底的改觀，操作系統(tǒng)從真正意義上實現(xiàn)了多任務(wù)（嚴(yán)格地說，Win9x還算不上）。一個應(yīng)用程序，在需要的時候可以有許多個執(zhí)行線程，每個線程就是一個小的執(zhí)行程序，操作系統(tǒng)自動使各個線程共享CPU資源，確保任一線程都不能使系統(tǒng)死鎖。這樣，在編程的時候，可以把費時間的任務(wù)移到后臺，在前臺用另一個線程接受用戶的輸入。對那些對實時性要求比較高的編程任務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)客戶服務(wù)、串行通信等應(yīng)用時，多線程的實現(xiàn)無疑大大地增強了程序的可用性和穩(wěn)固性。
在Windows NT和Windows 9x中，多線程的編程實現(xiàn)需要調(diào)用一系列的API函數(shù)，如CreateThread、ResumeThread等，比較麻煩而且容易出錯。我們使用Inprise公司的新一代RAD開發(fā)工具C＋＋Builder，可以方便地實現(xiàn)多線程的編程。與老牌RAD工具Visual Basic和Delphi比，C＋＋Builer不僅功能非常強大，而且它的編程語言是C＋＋，對于系統(tǒng)開發(fā)語言是C的Windows系列操作系統(tǒng)，它具有其它編程語言無可比擬的優(yōu)勢。利用C＋＋Builder提供的Tthread對象，多線程的編程變得非常簡便易用。那么，如何實現(xiàn)呢？且待我慢慢道來，讓你體會一下多線程的強大功能。
1. 創(chuàng)建多線程程序：
首先，先介紹一下實現(xiàn)多線程的具體步驟。在C＋＋Builder中雖然用Tthread對象說明了線程的概念，但是Tthread對象本身并不完整，需要在Tthread下新建其子類，并重載Execute方法來使用線程對象。在C＋＋Builder下可以很方便地實現(xiàn)這一點。
在C＋＋Builder IDE環(huán)境下選擇菜單File|New，在New欄中選中Thread Object，按OK，接下來彈出輸入框，輸入Tthread對象子類的名字MyThread，這樣C＋＋Builder自動為你創(chuàng)建了一個名為TMyThread的Tthread子類。同時編輯器中多了一個名為Unit2.cpp的單元,這就是我們創(chuàng)建的TMyThread子類的原碼，如下：
＃include
?。ragma hdrstop
?。nclude “Unit2.h”
＃pragma package(smart_init)
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
// Important: Methods and properties of objects in VCL can only be
// used in a method called using Synchronize, for example:
//
// Synchronize(UpdateCaption);
//
// where UpdateCaption could look like:
//
// void __fastcall MyThread::UpdateCaption()
// {
// Form1－>Caption = “Updated in a thread”;
// }
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
__fastcall MyThread::MyThread(bool CreateSuspended)
: Tthread(CreateSuspended)
{
}
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
void __fastcall MyThread::Execute()
{
//－－－－ Place thread code here －－－－
}
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
其中的Execute（）函數(shù)就是我們要在線程中實現(xiàn)的任務(wù)的代碼所在處。在原代碼中包含Unit2.cpp，這個由我們創(chuàng)建的TMyThread對象就可以使用了。使用時，動態(tài)創(chuàng)建一個TMyThread 對象，在構(gòu)造函數(shù)中使用Resume（）方法，那么程序中就增加了一個新的我們自己定義的線程TMyThread，具體執(zhí)行的代碼就是Execute（）方法重載的代碼。要加載更多的線程，沒關(guān)系，只要繼續(xù)創(chuàng)建需要數(shù)量的TMyThread 對象就成。
以上我們初步地實現(xiàn)了在程序中創(chuàng)建一個自定義的線程，并使程序?qū)崿F(xiàn)了多線程應(yīng)用。但是，多線程應(yīng)用的實現(xiàn)，并不是一件簡單的工作，還需要考慮很多使多個線程能在系統(tǒng)中共存、互不影響的因素。比如，程序中公共變量的訪問、資源的分配，如果處理不當(dāng)，不僅線程會死鎖陷入混亂，甚至可能會造成系統(tǒng)崩潰。總的來講，在多線程編程中要注意共享對象和數(shù)據(jù)的處理，不能忽視。因此，下面我們要講的就是多線程中常見問題:
2. 多線程中VCL對象的使用
我們都知道，C＋＋Builder編程是建立在VCL類庫的基礎(chǔ)上的。在程序中經(jīng)常需要訪問VCL對象的屬性和方法。不幸的是，VCL類庫并不保證其中對象的屬性和方法是線程訪問安全的（Thread_safe），訪問VCL對象的屬性或調(diào)用其方法可能會訪問到不被別的線程所保護(hù)的內(nèi)存區(qū)域而產(chǎn)生錯誤。因此，Tthread對象提供了一個Synchronize方法，當(dāng)需要在線程中訪問VCL對象屬性或調(diào)用方法時，通過Synchronize方法來訪問屬性或調(diào)用方法就能避免沖突，使各個線程之間協(xié)調(diào)而不會產(chǎn)生意外的錯誤。如下所示：
void __fastcall TMyThread::PushTheButton(void)
{
Button1－>Click();
}
void __fastcall TMyThread::Execute()
{
…
Synchronize((TThreadMethod)PushTheButton);
…
}
對Button1－〉Click（）方法的調(diào)用就是通過Synchronize（）方法來實現(xiàn)的，它可以自動避免發(fā)生多線程訪問沖突。在C＋＋Builder中，雖然有一些VCL對象也是線程訪問安全的（如Tfont、Tpen、Tbrush等），可以不用Sychronize（）方法對它們的屬性方法進(jìn)行訪問調(diào)用以提高程序性能，但是，對于更多的無法確定的VCL對象，還是強烈建議使用Synchronize（）方法確保程序的可靠性。
3. 多線程中公共數(shù)據(jù)的使用
程序設(shè)計中難免要在多個線程中共享數(shù)據(jù)或者對象。為了避免在多線程中因為同時訪問了公共數(shù)據(jù)塊而造成災(zāi)難性的后果，我們需要對公共數(shù)據(jù)塊進(jìn)行保護(hù)，直到一個線程對它的訪問結(jié)束為止。這可以通過臨界區(qū)域（Critical Section）的使用來實現(xiàn)，所幸的是在C＋＋Builder中，給我們提供了一個TCriticalSection對象來進(jìn)行臨界區(qū)域的劃定。該對象有兩個方法，Acquire（）和Release（）。它設(shè)定的臨界區(qū)域可以保證一次只有一個線程對該區(qū)域進(jìn)行訪問。如下例所示：
class MyThread : public Tthread
{
…
private:
TCriticalSection pLockX；
int x;
float y;
…
};
void __fastcall MyThread::Execute()
{
…
pLockX－>Acquire();//Here pLockX is a Global CriticalSection variable.
x＋＋;
y=sin(x);
pLockX－>Release();
…
}
這樣，對公共變量x，y的訪問就通過全局TCriticalSection 對象保護(hù)起來，避免了多個線程同時訪問的沖突。
4. 多線程間的同步
當(dāng)程序中多個線程同時運行，難免要遇到使用同一系統(tǒng)資源，或者一個線程的運行要依賴另一個線程的完成等等，這樣需要在線程間進(jìn)行同步的問題。由于線程同時運行，無法從程序本身來決定運行的先后快慢，使得線程的同步看起來很難實現(xiàn)。所幸的是Windows系統(tǒng)是多任務(wù)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)核為我們提供了事件（Event）、Mutex、信號燈(semaphore)和計時器4種對象來控制線程間的同步。在C＋＋Builder中，為我們提供了用于創(chuàng)建Event的Tevent 對象供我們使用。
當(dāng)程序中一個線程的運行要等待一項特定的操作的完成而不是等待一個特定的線程完成時，我們就可以很方便地用Tevent對象來實現(xiàn)這個目標(biāo)。首先創(chuàng)建一個全局的Tevent對象作為所有線程可監(jiān)測的標(biāo)志。當(dāng)一個線程完成某項特定的操作時，調(diào)用Tevent對象的SetEvent（）方法，這樣將設(shè)置這個標(biāo)志，其他的線程可以通過監(jiān)測這個標(biāo)志獲知操作的完成。相反，要取消這個標(biāo)志，可以調(diào)用ResetEvent（）方法。在需要等待操作完成的線程中使用WaitFor（）方法，將一直等待這個標(biāo)志被設(shè)置為止。注意WaitFor（）方法的參數(shù)是等待標(biāo)志設(shè)置的時間，一般用INFINITE表示無限等待事件的發(fā)生，如果其它線程運行有誤，很容易使這個線程死?。ǖ却粋€永不發(fā)生的事件）。
其實直接用Windows API函數(shù)也可以很方便地實現(xiàn)事件（Event）、信號燈（semaphore）控制技術(shù)。尤其是C＋＋Builder，在調(diào)用Windows API方面有著其它語言無可比擬的優(yōu)勢。所用的函數(shù)主要有：CreateSemaphore（）、CreateEvent（）、WaitForSingleObject（）、ReleaseSemaphore（）、SetEvent（）等等，這里就不贅述了。
本文結(jié)合Inprise（Borland）公司開發(fā)的強大的RAD工具C＋＋Builder的編程，對Windows下的多線程編程作了比較全面的介紹。其實多線程的實現(xiàn)并不神秘，看了本文，你也可以編出自己的多線程程序，真正體會多任務(wù)操作系統(tǒng)的威力。
附：本文是本人在使用C＋＋Builder一年來的一些實踐體會。在完成自己的項目的同時，發(fā)現(xiàn)對多線程的編程一般的書籍都介紹得比較少，而實際應(yīng)用中，多線程編程又是如此的重要，因此，本文通過對多線程編程比較全面的介紹，愿能達(dá)到拋磚引玉之效。
