Delphi的多线程

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1-1 多线程的基本概念

win 98/nt/2000/xp 是个多任务操作系统,也就是:一个进程可以划分为多个线程,每个线程轮流占用cpu 运行时间和资源,或者说,把cpu 时间划成片,每个片分给不同的线程,这样,每个线程轮流的“挂起”和“唤醒”,由于时间片很小,给人的感觉是同时运行的。

多线程带来如下好处:(自己阅读)

1)避免瓶颈;

2)并行操作;

3)提高效率;

在多线程中,通过优先级管理,可以使重要的程序优先操作,提高了任务管理的灵活性。

另一方面,在多cpu 系统中,可以把不同的线程在不同的cpu 中执行,真正做到同时处理多任务(win 98 只是模拟的,而win/nt/2000是真正的多cpu同时操作)。

多线程的两个概念:

1)进程:也称任务,程序载入内存,并分配资源,称为“一个进程”。

注意:进程本身并不一定要正在执行。进程由以下几部分组成:

a>一个私有的地址空间,它是进程可以使用的一组虚拟内存地址空间;

b>程序的相关代码、数据源;

c>系统资源,比如操作系统同步对象等;

d>至少包含一个线程(主线程);

2)线程:是程序的执行单位(线程本身并不包括程序代码,真正拥有代码的是进程),每个进程至少包括一个线程,称为主线程,一个进程如果有多个线程,就可以共享同一进程的资源,并可以并发执行。

线程是进程的一个执行单元,是操作系统分配cpu 时间的基本实体,线程主要由如下两部分组成:

a>数据结构;

b>cpu 寄存器和堆栈;

一个进程中的线程,可以独立运行,也可以控制另一个线程的运行。

请注意:

多线程不能滥用,书上提到了多线程的几个缺点(自阅)。

1-2 tthread 对象

虽然windows 提供了比较多的多线程设计的api 函数,但是直接使用api 函数一方面极其不方便,而且使用不当还容易出错。为解决这个问题,borland 公司率先推出了一种tthread 对象,来解决多线程设计上的困难,简化了多线程问题的处理。

应该注意,tthread 对象是没有实例的,它和界面的交流,主要依靠主窗体(主vcl线程),这和其他对象使用上有些区别。

一、tthread 对象的主要方法

构造线程:

constructor create(createsuspended:boolean)

其中:createsuspended=true构造但不唤醒

false 构造的同时即唤醒

也可以用如下方法

inheried create(createsuspended:boolean)

挂起线程:

suspend

(把线程挂起的次数加一)

唤醒线程:

resume

(注意:注意这个属性是把线程挂起的次数减一,当次数为0 时,即唤醒。也就是说,线程挂起多少次,唤醒也需要多少次。同时挂起的时候将保持线程的地址指针不变,所以线程挂起后再唤醒,将从挂起的地方开始运行)

析构(清除线程所占用的内存):

destroy

终止线程(后面会具体讨论):

terminate

二、线程应用的简单例子:

下面通过一个例子说明上述方法的应用。我们知道,循环是独占性最强的运行方式之一,现在希望建立两个线程对象,实现循环的并行运行。具体方法如下:

file---new---thread object

这就自动在主form中建立了一个线程单元(在对话框里写上线程名字),默认的名字是unit2。同样方法建立第二个线程单元unit3。

要注意的是:unit2和unit3中有一个给定的过程:

procedure object.execute;

begin

end;

其中的程序是线程唤醒后自动执行的程序,也可以在里面调用其他自定义的过程和函数。这个过程的结束,意味着线程程序的结束。

为了构造线程,在interface的type区,定义一个构造过程:

type

object = class(tthread)//自动给出的,也可以直接改

private

protected

procedure execute; override;

public

constructor create;//自己写的

并且在implementation区域写上:

constructor object.create;

begin

inherited create(true);

end

其中object 为线程对象的名字。所以这么写,是希望在主form中调用这个构造过程。

create()的参数用true,表明构造出的线程为挂起状态。

注意一下,在同一个线程对象里,如果两次构造,将产生两个独立的线程,不但运行是独立的,而且使用线程的局部变量也是独立的。但这里为了简化问题,还是建立了两个独立的线程对象,而且两个循环数

是不同的,在并行运算时容易判断出是两个不同的程序在运行。

假定我们给两个线程对象起的名字是:

mymath1

mymath2

这样在unit1,应该作如下声明:

implementation

{$r *.dfm}

uses unit2,unit3;

var thread1:mymath1;

thread2:mymath2;

这样在主线程,将可以通过这两个线程变量调用对应的线程方法。

在主线程区构造线程的方法是:

thread1:=mymath1.create;

thread2:=mymath2.create;

挂起:

thread1.suspend;

thread2.suspend;

唤醒:

thread1.resume;

thread2.resume;

析构:

thread1.destroy;

thread2.destroy;

这里需要说明的是,由于线程单元需要调用form的edit控件(对象),可以采用两种方法:

1)在线程单元定义一个tedit对象,例如

edit4:tedit;

在execute过程内直接引用

但在unit1中一定要在formcreate过程里作一个赋值:

procedure tform1.formcreate(sender: tobject);

begin

thread1.edit4:=edit1;

end;

这样,就把第一线程的edit4与form上的edit1联系来。

2)在第二个线程中首先声明调用unti1,也就是要加上

uses unit1;

这样就可以在该线程单元直接调用主form的控件了,比如在unit3中可以写:

form1.edit2.text:=inttostr(i)

了解了这些基本规则,就可以写出比较复杂的多线程程序了。

还有一点要说明的,默认生成的线程单元,调用的单元只有一个:

uses classes;

这样,往往很多函数和对象在线程单元里不能使用,所以在必要时,应该根据需要user相应的单元,这个例程为了简单,把大部分常用的单元都拷过去了,这并不是推荐的办法,因为这样一来会使程序的垃圾过

多,所以,一般要用什么拷什么。

三、常用的api 函数

在处理多线程问题的时候,也经常用到windows提供的api 函数,需要说明的是,tthread 对象内部封装的方法,其实主要也是调用api 函数,但是,考虑更全面,更安全。而直接调用api 函数,往往会因为运用不当,出现一些不应有的错误。所以,我个人以为,只要用tthread 对象的方法能解决的,就不要直接调用api 函数,api 函数只应该在用在tthread 对象方法解决不了的时候。

例如tthread 对象方法内部调用api 函数的时候,一般使用推荐的默认值,但需要更精细的控制时,就可以直接使用api 函数。

其实,tthread 对象方法已经受到了大多数程序设计者的认可,比如,原来vb是不具备直接处理多线程的能力的,但是,现在vb.net就宣称,它具备了简单处理多线程问题的能力,这就很说明问题。

下面简单介绍几种api 函数,为了清晰方便,这里着重在于说明,函数正确的描述可以自己阅读书上的例子和手册:

构建线程:

createthread(参数1,--安全属性(一般=nil,默认安全属性)

参数2,--线程堆栈尺寸(一般=0,与主线程相同长度,而且可以根据需要自动变化)

参数3,--指向函数名指针,@函数名,这个参数十分重要,不正确将无法调用成功。

参数4,--用户需要向线程传递的参数,是一个指向结构的指针,不需传递参数时,为nil。

参数5)--传入与线程有关的一些参数,例如:

create_suspended创建一个挂起的线程;

0 创建后立即激活。

书上有这个函数应用的十分清晰的例子,可以自己阅读。

一般并不推荐使用createtheard函数,而推荐使用rtl 库里的system单元中定义的 begintheard函数,因为这除了能创建一个线程和一个入口函数以外,还增加了几项保护措施,具体的请参阅书上的第10页说明。

对应suspend(挂起)和resume(唤醒)的两个api 函数为:

function suspendthread(hthread:thandle):dword;

function resumethread(hthread:thandle):dword;

其中,thandle被要求控制线程的句柄,函数调用成功,返回挂起的次数,调用不成功。则返回0xffffffff。

四、线程的终止和退出:

1)自动退出:

一个线程从execute()过程中退出,即意味着线程的终止,此时将调用windows的exitthread()函数来清除线程所占用的堆栈。

如果线程对象的 freeonterminate 属性设为true,则线程对象将自动删除,并释放线程所占用的资源。

这是消除线程对象最简单的办法。

2)受控退出:

利用线程对象的terminate属性,可以由进程或者由其他线程控制线程的退出。只需要简单的调用该线程的terminate方法,并设直线程对象的terminate属性为true。

在线程中,应该不断监视terminate的值,一旦发现为true,则退出,例如在execute()过程中可以这样写:

while not terminate do

begin

........

end;

3)退出的api 函数:

关于线程退出的api 函数声明如下:code

function terminatethread(hthread:thandle;dwexitcode:dword);

不过,这个函数会使代码立刻终止,而不管程序中有没有

try....finally

机制,可能会导致错误,不到万不得已,最好不要使用。

4) 利用挂起线程的方法(suspend)

利用挂起线程的suspend方法,后面跟个free,也可以释放线程,

例如:

thread1.suspend;//挂起

thread2.free;//释放

书上有相应的例子。

五、线程的优先级:

在多线程的情况下,一般要根据线程执行任务的重要性,给线程适当的优先级,一般如果量的线程同时申请cpu 时间,优先级高的线程优先。

在windows下,给线程的优先级分为30级,而delphi中tthread 对象相对简单的把优先级分为七级。也就是在tthread中声明了一个枚举类型ttthreadpriority:

type

ttthreadpriority(tpidle,tplowest,tplower,tpnormal,

tphight,tphighest,tptimecrital)

分别对应的是最低(系统空闲时有效,-15),较低(-2),低(-1),正常(普通0),高(1),较高(2),最高(15)。

其中tpidle和tptimecrital有些特殊,具体情况请阅读书上有关内容。

设置优先级可使用thread对象的priority属性:

threadobject.priority:=tthreadpriority(级别);

这里给出了一个演示多线程优先级的实例:

1-3在数据库中使用多线程

一)使用ado模式

由于delphi 6.0的ado 数据源控件内置了多线程能力,所以,在ado模式下,使用多线程不需要做更多的工作。用两个adotable控件,分别连到两个数据库,并且分别通过datasource控件,与数据帮定控件联系就可以了,这样就可以实现前后台处理数据库问题。

二)使用bde模式和tseeion对象

如果需要使用bde 模式,那么多线程使用数据库,就要考虑session的问题。在单线程时,每个数据源的建立就自动生成一个session,这是这个数据源私有的关于数据库信息的文件。但多线程时,必须统一管理,所以在bde 中专门提供了一个tsession对象,它可以同时管理不同的databas数据源对象。

databas数据源可以接受来自不同数据平台的数据库。

数据库1---databas(2)----table(qurey)(3)---datasource

||

||

|---------tsession(1)

||

||

数据库2---databas(2)----table(qurey)(3)---datasource

方法:

1)tsession

属性:sessionname=名(自起)

active=true(激活)

2)database(可以有多个)

属性:sessionname=tsession名

dataname=名(自起,作为table的标识)

aliasname=数据库别名

connected=true (激活)

3)table或qurey

属性:sessionname=tsession名(不要用默认值)

databasename=如果前面起了名,这里就会出现database

的名字。

tablename=表名

active=true (激活)

以后比如加入datasoucre和其他一样,这样就可以构造两个前后台处理的数据库管理系统了。

2-4 多线程的同步机制

同步机制,实际上是事件驱动机制,意思是让线程平时处于“休眠”状态,除非发生某个事件才触发。

例如一个拷贝文件,拷贝线程完成一个程序块后,再唤醒进程条线程做一个格的填充。

研究多线程的同步机制的必要性在于,多线程同步工作时,如果同时调用相同的资源,就可能会出现问题,一般读出是不会有问题的,但是,如果写入(全局变量、数据库),就会发生冲突,甚至产生死

锁和竞争问题。

一、使用synchronize方法

这个方法用于访问vcl 主线程所管理的资源,其方法的应用是:

第一步:把访问主窗口(或主窗口控件资源)的代码放到线程的一个方法中;

第二步:是在线程对象的execute方法中,通过synchronize方法使用该方法。

实例:

procedure theater.execute;

begin

synchronize(update);

end;

procedure theater.update;

begin

.........

end;

这里通过 synchronize使线程方法update同步。

二、使用vcl类的look方法

在delphi的ide提供的构件中,有一些对象内部提供了线程的同步机制,工作线程可以直接使用这些控件,比如:tfont,tpen,tbitmap,tmetafile,ticon等。另外,一个很重要的控件对象叫tcanvas,提供了一个lock方法用于线程的同步,当一个线程使用此控件对象的时候,首先调用这个对象的lock方法,然后对这个控件进行操作,完毕后再调用unlock方法,释放对控间的控制权。

例如:

canversobject.look;

try

画图

finally

canversobject.unlock;

end;

{使用这个保护机制,保证不论有没有异常,unlock都会被执行否则很可能会发生死锁。在多线程设计的时候,应该很注意发生死锁的问题}

三、waitfor方法

当一个线程应该等待另一个线程结束时,可以调用waitfor方法。这个方法属于等待线程对象,waitfor方法的原型如下:

function waitfor(const astring:string):string;

比如在前面最基本的线程的例子中,唤醒线程的语句中加上

thread1.resume;

thread1.waitfor;

thread2.resume;

那么所有的线程都必须等待thread1运行完毕后才能运行,其中包括主线程,可以预想,由于thread1调用了主窗体的edit控件,那么,在thread1运行中间,edie1也不会显示。

这就告诉我们,这样的代码是不能作为主线程的一部分的,如果与主窗体连接的线程内等待另一个线程结束,而另一个线程又要等待访问用户界面,就可能是程序陷于死锁。

这点在应用的时候要谨慎。

四、利用windows的api 实现同步

windows api函数提供了很多同步技术,下面简要介绍。

1)临界区

使用线程的时候,遇到的一个基本的问题,就是多个线程访问同一个对象,比如访问相同的文件、dll、相同的通讯资源,特别是数据库的访问,当多个线程对同一数据库字段写入的时候,其结果会出

现不确定性。

临界区用于解决这个问题,它可以保证线程使用敏感数据的时候,阻赛其他的线程访问名干数据,使用时首先要初始化,其声明一个trtlcriticalsection类型的变量:

var

cs:trtlcriticalsection;

初始化:

initializecriticalsection(cs);

独占

entercriticalsection(cs);

解除独占

leavecriticalsection(cs);

使用临界区是比较方便而且概念比较清晰的的线程同步机制,应用比较广泛。

请注意,临界区只能在一个进程内使用,首先要标记出把数据作为临界区操作的那些代码,在这部分代码执行前,计算机首先要查看一下全局记录,已确定是否有其它线程在临界区中,同时也要查看这个临界区是否和第一个临界区相关,也就是说同一个程序中可能会有几个不同的临界区,然后计算机再决定运行策略。

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