_beginThread ,CreateThread

本篇解释了为什么创建新线程的时候使用_beginThread比使用CreateThread更为安全这一问题。

C/C++库的历史问题：

标准的C运行库(C Runtime Class, CRT)，是在1970年发明的，那个时候操作系统上还没有线程的概念，理所当然地，最初的C运行时库是线程不安全的。下面给出一个例子：

标准C运行库有一个全局变量errno。有一些函数会在出错的时候设置这个变量。

如果A线程中需要errno来作为参数进行某些判断，而errno是全局变量，对于A线程来说，errno是不安全的，因为errno随时都可能被别的线程修改。

与此类似，在多线程环境中会出现问题的C/C++运行库变量和函数还有很多。

   

解决思路：

创建一个数据结构，并将这个数据结构与使用了C/C++运行库函数的每个线程关联。然后，在调用C/C++运行库的时候，那些函数必须知道去查找主调线程的数据块(而不是像之前一样对全局变量进行操作)，从而避免影响到其它线程。

这个解决思路包含了两方面的内容：

一方面是需要一块与线程关联的数据块来对可能出现问题的C/C++运行库变量进行存储；

另一方面是需要修改原来的C/C++运行库函数，使其在调用时调用数据块中的内容而不是全局变量，并为其增加一些多线程的安全机制。

   

   

_beginthreadex：

根据上面的解决思路，系统在创建新线程的时候应该为之关联一个数据块。但一开始被开发出来的CreateThread函数是没有这样的功能的，它只负责创建线程，并不负责C/C++运行库代码在这个线程中运行的安全性。

_beginthreadex在内部调用了CreateThread，在调用之前_beginthreadex做了很多的工作，从而使得它比CreateThread更安全。

通常建议使用_beginthreadex函数，而不是CreateThread函数，这使得线程中的代码不需要考虑C/C++代码的线程安全性，除非你清楚地知道在新的线程中不会调用到线程不安全的C/C++代码，这时候放心地使用CreateThread也无可厚非(实际上这种情况很难判定)。_beginthreadex保证了某些C/C++运行库代码的线程安全性，而CreateThread没有对这些特殊的C/C++代码做出保证，这里再次强调这两个函数的区别。不要含糊地认为CreateThread的设计存在缺陷，CreateThread的功能并不专门针对于C/C++运行库，理所当然不必为其多线程安全性而负责。

   

下面先给出_beginthreadex的伪代码，之后对其内部操作做出解释：

?

unsigned long__cdecl _beginthreadex (

     void*psa,

     unsigned cbStack,

     unsigned (__stdcall * pfnStartAddr) (void*),

     void* pvParam,

     unsigned fdwCreate,

     unsigned *pdwThreadID) 

  

{

     _ptiddata ptd;        // 指向线程数据块_tiddata的指针

     unsignedlongthdl;    // Thread's handle

     // 为线程数据块_tiddata分配空间，这块控件是从C/C++运行库的堆上分配的

     if((ptd = calloccrt(1, sizeof(structtiddata))) == NULL)

         gotoerrorreturn;

     // 初始化线程数据块

     initptd(ptd);

     // Save the desired thread function and the parameter

     // we want it to get in the data block

     ptd->_initaddr = (void*) pfnStartAddr;

     ptd->_initarg = pvParam;

     // 调用CreateThread创建新线程，注意其线程函数并不是pfnStartAddr

     // 参数也不是pvParam，而是线程数据块的指针ptd，pfnStartAddr和

     // pvParam也被存储在这个数据块里。

     thdl = (unsignedlong) CreateThread(psa, cbStack,_threadstartex, 

                     (PVOID) ptd, fdwCreate, pdwThreadID);

     if(thdl == NULL) {

         // Thread couldn't be created, cleanup and return failure

         gotoerror_return;

     }

     // Create created OK, return the handle

     return(thdl);

error_return:

     // Error: data block or thread couldn't be created

     _free_crt(ptd);

     return((unsignedlong)0L);

}

对于_beginthreadex函数，需要注意以下几点：

1.每个线程都有自己专有的_tiddata内存块，它们是从C/C++运行库的堆中分配的。

2._beginthreadex在内部调用了CreateThread，但传入的线程函数地址是_threadstartex而不是pfnStartAddr。

3._beginthreadex函数体内做的工作只是创建了用于线程关联的_tiddata数据块，但关联这个数据块的任务是由_threadstartex函数在新线程被创建之初完成的。

   

下面给出_threadstartex函数的伪代码，并对其做出解释：

?

staticunsigned longWINAPI _threadstartex (void* ptd) {

    // 将_tiddata数据块的指针与这个线程关联起来，可以调用_getptd()函数来得到这个指针

    TlsSetValue(__tlsindex, ptd);

  

    // Save this thread ID in the tiddata block

    ((_ptiddata) ptd)->_tid = GetCurrentThreadId();

      

    // Initialize floating-point support (code not shown)

  

    // 调用_callthreadstartex

    _callthreadstartex();

  

    // We never get here, the thread dies in this function

    return(0L);

}

  

staticvoid _callthreadstartex(void) {

    // 之前已经将_tiddata与线程关联，所以可以调用_getptd得到线程的_tiddata数据块

    _ptiddata ptd = _getptd();

  

    // Wrap desired thread function in SEH frame to 

    // handle runtime errors and signal support

    // 将要执行的线程函数以SEH帧包裹起来，从而为运行时错误和signal函数提供支持

    __try{

        // 调用传给_beginthreadex的线程函数pfnStartAddr，线程函数执行结束之后，

        // 返回代码将传递给_endthreadex

        _endthreadex(

          ( (unsigned (WINAPI *)(void*))(((_ptiddata)ptd)->_initaddr) )

              ( ((_ptiddata)ptd)->_initarg ) ) ;

    }

    __except(_XcptFilter(GetExceptionCode(), GetExceptionInformation()){

        // The C-Runtime's exception handler deals with runtime errors

        // and signal support, we should never get it here.

        _exit(GetExceptionCode());

    }

}

对于_threadstartex函数，需要注意以下几点：

1.新的线程将首先执行RtlUserThreadStart函数，之后将跳转到_threadstartex函数。这点可以结合之前对线程启动内幕的讨论来理解。

2._threadstartex唯一的参数就是_tiddata内存块的地址，_tiddata内存块中包括了pfnStartAddr和pvParam。

3.TlsSetValue是一个操作系统函数，它将一个值与主调线程关联起来。这就是所谓的线程局部存储(Thread Local Storage, TLS)。之后的章节中也许会对这个做出专门的讨论。

4.在无参辅助函数_callthreadstartex中，有一个SEH帧，它将预期要执行的线程函数(pfnStartAddr)包围起来。这个帧处理着与运行库有关的许多事情——比如运行时错误(如抛出未被捕捉的C++异常)——和C++运行库的signal函数。这一点相当重要，如果调用CreateThread函数创建了一个线程，然后调用C/C++的signal函数，那么signal函数将不能工作。

5.注意_callthreadstartex不是简单地返回到_threadstartex，继而到RtlUserThreadStart；如果是那样的话，线程会终止运行，其退出代码也会被正确设置，但是线程的_tiddata内存块不会被正确销毁。所以_callthreadstartex在线程函数退出后调用了_endthreadex函数。

   

下面给出_endthreadex函数的伪代码，并对其做出解释：

?

void__cdecl _endthreadex (unsigned retcode) {

  

     // Cleanup floating-point support (code not shown) 

  

     // Get the address of this thread's tiddata block

     _ptiddata ptd = _getptd();

  

     // Free the tiddata block

     _freeptd(ptd);

  

     // Terminate the thread

     ExitThread(retcode);

}

从代码可以看出，_endthreadex函数所做的主要事情就是释放_tiddata数据块的内存，之后它会直接调用ExitThread来执行线程退出的操作。这意味着线程不会返回到RtlUserThreadStart函数中，而是直接退出。CreateThread没有这么复杂的操作，线程函数会直接返回RtlUserThreadStart函数，之后ExitThread被调用来终结线程。

现在，应该理解了C/C++运行库函数为什么要为每一个线程准备一个独立的数据块，而且应该理解了_beginthreadex如何分配和初始化此数据块，并将它与数据库关联起来。另外，还理解了_endthreadex函数在线程终止的时候是如何释放该数据块的。

一旦这个数据块被初始化并与进程相关联，线程调用的任何需要"多线程实例数据"的C/C++运行库函数都可以轻易获取主调线程的数据块的地址(通过TlsGetValue)，并操纵线程的数据。这对函数来数是没有问题的。但是，对于erron之类的全局变量，它又是如何工作的呢？
errno是在标准C头文件中定义的，如下所示：

?

_CRTIMP externint* __cdecl _errno(void);

#define errno (*_errno())

  

int* __cdecl _errno(void) {

    _ptiddata ptd = _getptd_noexit();

    if(!ptd){

        return&ErrnoNoMem;

    }else{

        return(&ptd->_terrno);

    }

｝

这样一来，任何时候引用errno，实际都是在调用内部的C/C++运行库函数_errno。该函数将地址返回给"与主调线程关联的数据块"中的errno数据成员。

C/C++运行库还围绕特定的函数放置了同步对象(synchronization primitive)。例如，如果两个线程同时调用malloc，堆就会破坏，C/C++运行库函数不允许两个线程同时从内存堆中分配内存。具体的办法是让第二个线程等待，直至第一个线程从malloc函数返回。然后才允许第二个线程进入。
就像我们期望的一样，C/C++运行库的启动代码为应用程序的主线程分配并初始化了一个数据块。这样一来，主线程就可以安全地调用任何C/C++运行库函数。当主线程从其入口点函数返回的时候，C/C++运行库函数会释放关联的数据块。此外，启动代码设置了正确的结构化异常处理代码，使主线程能成功调用C/C++运行库的signal函数。

   

用_beginthreadex而不要用CreateThread创建线程
假如调用CreateThread而不调用_beginthreadex会发生什么呢？当一个线程调用一个需要_tiddata结构的C/C++运行库函数时，会发生下面的情况。(大多数C/C++运行库函数都是线程安全的，不需要这个结构)首先，C/C++运行库函数尝试取得线程数据块的地址(通过TlsGetValue)。如果返回的值是NULL,表明主调线程没有与之关联的_tiddata块。在这个时候，C/C++运行库函数会为主调线程分配并初始化一个_tiddata块。然后，这个块会与线程关联(通过TlsGetValue)，而且只要线程还在运行，这个块就会一直存在并且与线程关联。现在，C/C++运行库函数可以使用线程的_tiddata块，以后调用的任何C/C++运行库函数也都可以使用。
当然，这是相当诱人的，因为线程(几乎)可以顺畅运行。但事实上，问题还是有的。第一个问题是，假如线程使用了C/C++的signal函数，则整个进程都将终止，因为结构化异常处理帧没有就绪。第二个问题是，假如线程不是通过调用_endthreadex来终止的，数据块就不能被销毁，从而导致内存泄漏。(对于一个用CreateThread函数创建的线程，谁会调用_endthreadex呢？)