MFC.UI线程问题
来源:互联网 发布:淘宝上有没有微信号卖 编辑:程序博客网 时间:2024/06/04 08:39
缘起
这是一篇找喷的文章。
由于一些历史原因和人际渊源,周围同事谈论一些技术话题的时候,经常使用“UI线程”一词。虽然我从来没有看到其确切定义,但心里对其含义可能略懂,因此一直装作心知肚明的样子(以免被嘲讽)。
日前,一同事发了封邮件大谈“UI线程”的概念,分享到大部门。大部门里除了我们一个Windows客户端部门,其他都是做网站的Java开发。因此,在他们面前谈论一些我们并不成熟甚至并不存在的概念,有那么一点点故弄玄虚的味道,这激起了我谈论这个话题的小小欲望。当然,并不是说那封邮件里说的有错误,事实上绝大部分语句都是正确的。不过我看到的最让人豁然开朗的一句话却是“UI线程并不是官方概念”。在此,我想梳理下有关“UI线程”始末和自己理解,望CppBlog的看官们批判。
对了,说明一下,本文的大背景是Win32桌面程序开发,.Net请绕道,WinRT请绕道,Web请绕道,手机请绕道……
“UI线程”语源
据考证,“UI线程”的概念最早可能是在MFC中被引入的。目前能找到的官方提法是在:
http://msdn.microsoft.com/en-us/library/b807sta6(v=vs.110).aspx
MFC的AfxBeginThread提供了两个版本:
CWinThread*AFXAPI AfxBeginThread(AFX_THREADPROC pfnThreadProc,
LPVOID pParam,
int nPriority =THREAD_PRIORITY_NORMAL,
UINT nStackSize = 0,
DWORD dwCreateFlags = 0,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs =NULL);
CWinThread*AFXAPI AfxBeginThread(CRuntimeClass* pThreadClass,
int nPriority =THREAD_PRIORITY_NORMAL,
UINT nStackSize = 0,
DWORD dwCreateFlags = 0,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs =NULL);
第一个版本用来让人创建“工作线程”,第二个版本让人用来创建“UI线程”。可能由于来自MFC的远古光环,让“UI线程”的提法略有普及。但除此之外,在Windows开发方面,似乎找不到第二个例子了。(如果有,请在评论中告诉我。)不管怎样,既然MFC官方文档里说了,那么在“MFC领域”使用“UI线程”的提法总是可以的。下面,我们先来认识一下MFC中的UI线程以及工作线程。
MFC中的UI线程
我们按照http://msdn.microsoft.com/en-us/library/b807sta6(v=vs.110).aspx的指示,来创建一个“UI线程”。首先,继承CWinThread:
class CMyThread : public CWinThread
{
DECLARE_DYNCREATE(CMyThread)
public:
virtual BOOL InitInstance()
{
return TRUE;
}
};
IMPLEMENT_DYNCREATE(CMyThread,CWinThread)
然后,随便找个地方来启动线程:
AfxBeginThread(RUNTIME_CLASS(CMyThread));
线程被创建后,就处于CWinThread::Run里的消息循环之中了。来看看CWinThread::Run的实现:
// main running routine until thread exits
int CWinThread::Run()
{
ASSERT_VALID(this);
_AFX_THREAD_STATE* pState = AfxGetThreadState();
// for tracking the idle time state
BOOL bIdle = TRUE;
LONG lIdleCount = 0;
// acquire and dispatch messages until a WM_QUIT message is received.
for (;;)
{
// phase1: check to see if we can do idle work
while (bIdle &&
!::PeekMessage(&(pState->m_msgCur), NULL, NULL, NULL, PM_NOREMOVE))
{
// call OnIdle while in bIdle state
if (!OnIdle(lIdleCount++))
bIdle = FALSE;// assume "no idle" state
}
// phase2: pump messages while available
do
{
// pump message, but quit on WM_QUIT
if (!PumpMessage())
return ExitInstance();
// reset "no idle" state after pumping "normal" message
//if (IsIdleMessage(&m_msgCur))
if (IsIdleMessage(&(pState->m_msgCur)))
{
bIdle = TRUE;
lIdleCount = 0;
}
} while (::PeekMessage(&(pState->m_msgCur), NULL, NULL, NULL, PM_NOREMOVE));
}
}
粗粗看一下,是个夹杂了OnIdle概念的消息循环。
再看一下AfxBeginThread:
CWinThread*AFXAPI AfxBeginThread(CRuntimeClass*pThreadClass,
int nPriority, UINT nStackSize, DWORD dwCreateFlags,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs)
{
#ifndef _MT
pThreadClass;
nPriority;
nStackSize;
dwCreateFlags;
lpSecurityAttrs;
return NULL;
#else
ASSERT(pThreadClass != NULL);
ASSERT(pThreadClass->IsDerivedFrom(RUNTIME_CLASS(CWinThread)));
CWinThread* pThread = (CWinThread*)pThreadClass->CreateObject();
if (pThread == NULL)
AfxThrowMemoryException();
ASSERT_VALID(pThread);
pThread->m_pThreadParams =NULL;
if (!pThread->CreateThread(dwCreateFlags|CREATE_SUSPENDED,nStackSize,
lpSecurityAttrs))
{
pThread->Delete();
return NULL;
}
VERIFY(pThread->SetThreadPriority(nPriority));
if (!(dwCreateFlags & CREATE_SUSPENDED))
{
ENSURE(pThread->ResumeThread() != (DWORD)-1);
}
return pThread;
#endif //!_MT
}
其中调用了CWinThread::CreateThread:
BOOL CWinThread::CreateThread(DWORD dwCreateFlags, UINT nStackSize,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs)
{
#ifndef _MT
dwCreateFlags;
nStackSize;
lpSecurityAttrs;
return FALSE;
#else
ENSURE(m_hThread == NULL); // already created?
// setup startup structure for thread initialization
_AFX_THREAD_STARTUP startup; memset(&startup, 0,sizeof(startup));
startup.pThreadState = AfxGetThreadState();
startup.pThread = this;
startup.hEvent = ::CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);
startup.hEvent2 = ::CreateEvent(NULL,TRUE,FALSE,NULL);
startup.dwCreateFlags = dwCreateFlags;
if (startup.hEvent == NULL || startup.hEvent2 ==NULL)
{
TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: CreateEvent failed in CWinThread::CreateThread.\n");
if (startup.hEvent != NULL)
::CloseHandle(startup.hEvent);
if (startup.hEvent2 != NULL)
::CloseHandle(startup.hEvent2);
return FALSE;
}
// create the thread (it may or may not start to run)
m_hThread = (HANDLE)(ULONG_PTR)_beginthreadex(lpSecurityAttrs,nStackSize,
&_AfxThreadEntry, &startup,dwCreateFlags |CREATE_SUSPENDED, (UINT*)&m_nThreadID);
if (m_hThread == NULL)
{
::CloseHandle(startup.hEvent);
::CloseHandle(startup.hEvent2);
return FALSE;
}
// start the thread just for MFC initialization
VERIFY(ResumeThread() != (DWORD)-1);
VERIFY(::WaitForSingleObject(startup.hEvent, INFINITE) ==WAIT_OBJECT_0);
::CloseHandle(startup.hEvent);
// if created suspended, suspend it until resume thread wakes it up
if (dwCreateFlags & CREATE_SUSPENDED)
VERIFY(::SuspendThread(m_hThread) != (DWORD)-1);
// if error during startup, shut things down
if (startup.bError)
{
VERIFY(::WaitForSingleObject(m_hThread, INFINITE) ==WAIT_OBJECT_0);
::CloseHandle(m_hThread);
m_hThread = NULL;
::CloseHandle(startup.hEvent2);
return FALSE;
}
// allow thread to continue, once resumed (it may already be resumed)
VERIFY(::SetEvent(startup.hEvent2));
return TRUE;
#endif //!_MT
}
线程函数为_AfxThreadEntry:
UINT APIENTRY _AfxThreadEntry(void* pParam)
{
_AFX_THREAD_STARTUP* pStartup = (_AFX_THREAD_STARTUP*)pParam;
ASSERT(pStartup != NULL);
ASSERT(pStartup->pThreadState != NULL);
ASSERT(pStartup->pThread != NULL);
ASSERT(pStartup->hEvent != NULL);
ASSERT(!pStartup->bError);
CWinThread* pThread = pStartup->pThread;
CWnd threadWnd;
TRY
{
// inherit parent's module state
_AFX_THREAD_STATE* pThreadState = AfxGetThreadState();
pThreadState->m_pModuleState = pStartup->pThreadState->m_pModuleState;
// set current thread pointer for AfxGetThread
AFX_MODULE_STATE* pModuleState = AfxGetModuleState();
pThread->m_pModuleState = pModuleState;
AFX_MODULE_THREAD_STATE* pState = pModuleState->m_thread;
pState->m_pCurrentWinThread = pThread;
// forced initialization of the thread
AfxInitThread();
// thread inherits app's main window if not already set
CWinApp* pApp = AfxGetApp();
if (pApp != NULL &&
pThread->m_pMainWnd ==NULL && pApp->m_pMainWnd->GetSafeHwnd() !=NULL)
{
// just attach the HWND
threadWnd.Attach(pApp->m_pMainWnd->m_hWnd);
pThread->m_pMainWnd = &threadWnd;
}
}
CATCH_ALL(e)
{
// Note: DELETE_EXCEPTION(e) not required.
// exception happened during thread initialization!!
TRACE(traceAppMsg, 0, "Warning: Error during thread initialization!\n");
// set error flag and allow the creating thread to notice the error
threadWnd.Detach();
pStartup->bError = TRUE;
VERIFY(::SetEvent(pStartup->hEvent));
AfxEndThread((UINT)-1,FALSE);
ASSERT(FALSE); // unreachable
}
END_CATCH_ALL
// pStartup is invlaid after the following
// SetEvent (but hEvent2 is valid)
HANDLE hEvent2 = pStartup->hEvent2;
// allow the creating thread to return from CWinThread::CreateThread
VERIFY(::SetEvent(pStartup->hEvent));
// wait for thread to be resumed
VERIFY(::WaitForSingleObject(hEvent2, INFINITE) ==WAIT_OBJECT_0);
::CloseHandle(hEvent2);
// first -- check for simple worker thread
DWORD nResult = 0;
if (pThread->m_pfnThreadProc != NULL)
{
nResult = (*pThread->m_pfnThreadProc)(pThread->m_pThreadParams);
ASSERT_VALID(pThread);
}
// else -- check for thread with message loop
else if (!pThread->InitInstance())
{
ASSERT_VALID(pThread);
nResult = pThread->ExitInstance();
}
else
{
// will stop after PostQuitMessage called
ASSERT_VALID(pThread);
nResult = pThread->Run();
}
// cleanup and shutdown the thread
threadWnd.Detach();
AfxEndThread(nResult);
return 0; // not reached
}
林林总总地贴了这么些代码,差不多可以看出MFC的CWinThread的一些实现机制了。总的来说,MFC提供的“UI线程”,默认为线程实现了一个带OnIdle机制的消息循环,同时,它Attach了应用程序主窗口,m_pMainWindow被设为了应用程序主窗口,它在OnIdle以及ProcessMessageFilter中被用到。
注意到在_AfxThreadEntry中有一行AfxInitThread,这里面注册了一个消息钩子,钩子回调函数里面会调用ProcessMessageFilter。当处于帮助模式的时候,这个函数会向m_pMainWindow发送code为ID_HELP的WM_COMMAND消息。
MFC中的工作线程
工作线程由另一个AfxBeginThread启动:
CWinThread*AFXAPI AfxBeginThread(AFX_THREADPROCpfnThreadProc,LPVOIDpParam,
int nPriority, UINT nStackSize, DWORD dwCreateFlags,
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs)
{
#ifndef _MT
pfnThreadProc;
pParam;
nPriority;
nStackSize;
dwCreateFlags;
lpSecurityAttrs;
return NULL;
#else
ASSERT(pfnThreadProc != NULL);
CWinThread* pThread = DEBUG_NEW CWinThread(pfnThreadProc, pParam);
ASSERT_VALID(pThread);
if (!pThread->CreateThread(dwCreateFlags|CREATE_SUSPENDED,nStackSize,
lpSecurityAttrs))
{
pThread->Delete();
return NULL;
}
VERIFY(pThread->SetThreadPriority(nPriority));
if (!(dwCreateFlags & CREATE_SUSPENDED))
VERIFY(pThread->ResumeThread() != (DWORD)-1);
return pThread;
#endif //!_MT)
}
它调用了CWinThread的如下构造函数:
CWinThread::CWinThread(AFX_THREADPROCpfnThreadProc,LPVOIDpParam)
{
m_pfnThreadProc = pfnThreadProc;
m_pThreadParams = pParam;
CommonConstruct();
}
然后同样用CWinThread::CreateThread创建线程。新线程的入口函数同样为_AfxThreadEntry。与上例不同,这时,程序进入这个if判断的第一个分支:
// first -- check for simple worker thread
DWORD nResult = 0;
if (pThread->m_pfnThreadProc != NULL)
{
nResult = (*pThread->m_pfnThreadProc)(pThread->m_pThreadParams);
ASSERT_VALID(pThread);
}
// else -- check for thread with message loop
else if (!pThread->InitInstance())
{
ASSERT_VALID(pThread);
nResult = pThread->ExitInstance();
}
else
{
// will stop after PostQuitMessage called
ASSERT_VALID(pThread);
nResult = pThread->Run();
}
直接调用我们传入的线程函数,而不再进入CWinThread::Run。这里,m_pMainWindow的处理与上例相同。
MFC中的UI线程与工作线程的异同
综上,我们可以看到,MFC里的UI线程里,CWinThread实现了一个消息循环,这是工作线程所不具备的。除此之外,差异之处很寥寥。从MFC代码里来看,MFC的开发者对两者的称呼只是“simple worker thread”和“thread with message loop”,事实上两者的代码层面的区别也正是如此。并且,CWinThread::Run被声明为虚的,这意味着我们可以覆盖它——同时在自己的版本里不实现消息循环。
而MSDN里,将两个_AfxBeginThread的使用分别称为创建“User Interface Thread”和创建“Worker Thread”。
尝试定义“UI线程”
现在开始,我们走出MFC,回到通用程序领域。看看“UI线程”是否有必要定义,以及应该如何定义。
首先有一点要明白,在MFC之外,UI线程的官方概念已经不存在了。这时,你去问一个人“你知道什么是UI线程吗?”是很奇怪很愚蠢的事情。如果他说不知道,你会怎么做?你大概会告诉他你心中的定义,这表明你试图让他相信你心中的定义是真理(业界通用说法),并且不指定适用范围(比如MFC内)。这是不道德的。
就像有一次,一位同事“嘲讽”我说:“Cookies是进程内全局共享的,你不知道吗?”我当然不知道呢,Cookies不是HTTP协议里一行文本而已吗?我愿意怎么处理就怎么处理嘛,愿意让它在进程内全局共享它就是进程内全局共享的了,我不愿意让它在进程内全局共享它就不是进程内全局共享的了,不是吗?后来,才知道他说的是“在WinINet中,Cookies是进程内全局共享的”。
既然我们使用了WinINet,那么有时候省略“在WinINet中”的限定或许是情有可原的。但我们如果没有使用MFC,那么不带前提地大谈“UI线程”就显得不太合适了。稍稍总结下,我们谈到“UI线程”一般是这些场景:
1. 不要在UI线程中做长时间的操作
2. 只能在UI线程中操作HWND
3. 我们搞个双UI线程
第三点暂时无视吧,个人觉得无意义,什么单UI线程、双UI线程,这个在系统层面根本没这个提法以及限制,完全取决于开发者。倒是前两者,是有那么一点意义的提法。为了描述方便,在本节中,暂且定义“UI线程”为,具有消息循环,并且在其中至少创建了一个可见窗口的线程。(这里可能有人会问,没有窗口,你需要消息循环干嘛?一个例子:带TimerProc的Timer需要消息循环。)
对于第一条,其实我并无多大异议,只要不去拷问别人什么叫“UI线程”,这样轻描淡写的提及,大家总是心知肚明的。第二条是创造“UI线程”概念的一个的很大的使用场景,然而这个命题本身却是错误的。起码,SendMessage和PostMessage是无论在哪个线程执行都是可行的,那么,那一大堆由GUI库包装SendMessage而成的窗口操作函数自然也是随处可用的,以及本质上由SendMessage实现的一些窗口API也是随处可用的。为了说清楚此问题,好像要总结一下哪些API需要在UI线程中执行,以及哪些不需要——但这是不可能的,下一节我略举几个例子。
本节结束之前,我想将上述1、2改个提法,以避免提及“UI线程”:
1. 不要在窗口回调函数中做长时间的操作
2. 只能在创建HWND的线程中操作HWND
只能在创建HWND的线程中操作HWND?
正例:
l DestroyWindow
MSDN Remark 中特意指明:A thread cannot use DestroyWindow to destroy a window created by a different thread.
反例:
l SendMessage、PostMessage
这两个当然不必在创建窗口的线程使用了。
l ShowWindowAsnyc
这个函数的用途是“Sets the show state of a window created by a different thread”,虽然文档中没特异指出可以在非创建线程中使用,但简单脑补一下就知道可以。注意,这并不意味着ShowWindow一定需要在创建窗口的线程中使用。ShowWindowAsync做的是“posts a show-window event to the message queue of the given window”,它的意义在于“to avoid becoming nonresponsive while waiting for a nonresponsive application to finish processing a show-window event”。
l GetWindowThreadProcessId
用途:“Retrieves the identifier of the thread that created the specified window and, optionally, the identifier of the process that created the window”。同上,脑补。
精力有限,例子就不再举了(各位可以帮忙补充)。按笔者个人理解,文档中没有特意指出一定要在创建窗口的线程中使用的,一般是可以在其他线程甚至其他进程使用的。再来看一下SetWindowPos的一段Remark:
As part of the Vista re-architecture, all services were moved off the interactive desktop into Session 0. hwnd and window manager operations are only effective inside a session andcross-session attempts to manipulate the hwnd will fail.
这里它特别指出Vista之后,跨Session操作HWND会失败。这从侧面表明,跨线程玩一下HWND,或者跨进程玩一下,通常是不会失败的。如果失败了,那才是特例,就像DestroyWindow。
通则、局部规则、家长式规则
从上面的反例,我们可以知道,“只能在创建HWND的线程中操作HWND”这一命题是不成立的。它肯定不是Windows开发领域的通则。那么,这句话从何而来呢?确切地说,我不知道。
第一,它可能是某个GUI库的规则。可能因为这个GUI库的设计问题,导致必须在创建HWND的线程中操作HWND。这句话或许因此成为某些GUI库的局部规则。但可能因为我们在交流的时候,有意无意地忽略了前提条件(“在MFC中”、“在WinINet中”),导致被误解为通则。
第二,有可能有些前辈高人对于后辈跨线程操作HWND导致的一些问题感到厌倦,于是就对他们谆谆教诲:“孩子啊,只能在创建HWND的线程中操作HWND的。”然后世事变幻,沧海桑田,几代以后,这句为防止不太会的人用错的家长式规则被口口相传当成了通则。
顺便说一句,刚才的第一条不是说不要在“UI线程”中做长时间操作么?那么,要提高窗口响应速度,在“UI线程”中做的事自然是越少越好。如果某些API是可以跨线程使用的,在别的线程把该算的全算好,该IO的全做好,最后直接操作HWND,是最理想的状况。而不是在操作HWND的前面一段时间就转入“UI线程”。
API:IsGUIThread
非常有意思的事情,当笔者快写完上面的文字的时候,却发现了“IsGUIThread”这个函数。对此,本文当然有必要把这个函数中的GUI线程的概念考究清楚了。
调查发现,GUI线程是Windows内核中的概念。笔者对此并不无实际开发体验,且摘录一段查到的文字:
普通的Win32线程有两个栈:一个是用户栈,另一个是内核栈;而如果是内核中创建的系统工作线程,则只有内核栈。只要代码在内核中运行,线程就一定是使用其内核栈的。栈的主要作用是维护函数调用帧,以及为局部变量提供空间。
用户栈可以指定其大小,默认是1MB,通过编译指令/stack可改设其他值。
普通内核栈的大小是固定的,由系统根据CPU架构而定,x86系统上为12KB,x64系统上为24KB,安腾系统上为32KB。对于GUI线程,普通内核栈空间可能不够,所以系统又定义了“大内核栈”概念,可以在需要的时候增长栈空间。只有GUI线程才能使用大内核栈,这也是系统规定的。
关于GUI线程,笔者多说几句。Windows的发明,将GDI和USER模块,即“窗口与图形模块”的实现移到了内核中,称为Windows子系统内核服务,并形成一个win32k.sys内核文件。而用户层仅留调用接口,由User32.dll和GDI32.dll两个文件暴露出来。判断一个线程是不是GUI线程的依据,竟非常的简单:线程初建时,都是普通线程,第一次调用Windows子系统内核服务(只要用户程序调用了User32.dll和GDI32.dll中的函数,并导致相关内核服务在内核中被执行),系统即立刻将之转变为GUI线程,并从而切换到“大内核栈”;倘若至线程结束,并未有任何一个子系统内核服务被调用,那么它一直都是普通线程,一直使用普通内核栈。
Windows内核中的内核栈(摘自《竹林蹊径:深入浅出Windows驱动开发》)
http://yvqvan.blog.163.com/blog/static/254151032011321113127651/
从这段文字看,Windows内核的GUI线程概念和我们刚才所谈的“UI线程”完全是两个概念。因此,除了“UI线程不是官方概念”有待商榷以外,上文仍然成立。当然,官方概念叫“GUI线程”,还是说准确点为好。
总结
好了,下面简单概括一下我要表达的观点:
l 向无知者兜售自己创造的概念并试图让他奉为真理,是不厚道的。
l MFC的文档中确实有“UI线程”的提法,它与工作线程分别由两个不同版本的_AfxBeginThread创建,主要区别是“UI线程”具备一个消息循环。不过我们可以覆盖CWinThread::Run使得这个区别不存在。
l Win32用户态中,并不存在官方的“UI线程”概念。
l 并不是说所有操作HWND的函数都必须在创建HWND的线程中使用,事实上可能正好相反,或许只有少数函数有此限制。
l Window内核中确实有GUI线程和工作线程的区分,但这与我们之前所要表达的“UI线程”并不是一个意思。
- MFC.UI线程问题
- MFC创建UI线程
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