UI线程与worker线程

也谈谈我对UI线程和worker线程的理解


    UI线程又叫界面线程，能够响应操作系统的特定消息，包括界面消息、鼠标键盘消息、自定义消息等，是在普通的worker线程基础上加上消息循环来实现的，在这个消息循环上不断地获取操作系统或其他线程派发过来的消息(就是个线程里面执行for循环的主)，再根据这个消息找到对应的消息处理对象/函数，如果暂时没有消息需要处理就让线程等待，让出CPU时间片，以此表现出该线程一直“在线”的状态，直到某一特定退出消息结束线程。


    worker线程又叫工作者线程，为了不影响UI线程的长时间任务处理导致的界面操作阻塞，提升用户体验，开以考虑开辟一个worker线程来完成复杂的任务，任务处理完后可以让它立即退出也可以让它继续等待新的任务，看具体需要。一个处理完任务后不退出而处于等待状态的worker线程其实跟UI线程已经没多大区别了，在worker线程也可以自己实现一个任务队列，然后不断地获取任务来达到UI线程的效果。


    不管在什么操作系统，UI线程与worker线程协同工作不可避免地都会面对线程同步执行的问题，这里同步执行不是“对象状态同步”的概念，而是将线程执行“串行化”，比如线程A要执行后续的代码段之前先要等待线程B完成某一特定任务，当然，也可以通过“对象状态同步”的方式来达到这个效果，只是会比较麻烦一点。


    以windows系统为例，当worker线程处理完结果后，需要把结果返回给UI线程，好让界面能够更新显示最新的状态，有这么几种方式：
    1.直接在worker线程执行处调用API::SendMessage，把消息和附带参数发往UI线程的消息队列，让UI线程从挂起状态恢复成执行态后从消息泵获取处理，如果当前消息泵没有其他消息，则立即处理此消息，否则需等待其他消息处理完后轮到它才执行，而此时worker线程处于等待消息处理的状态，UI线程处理完消息后，它才继续往下执行；
    2.直接在worker线程执行处调用API::PostMessage，与SendMessage一样，只不过，这是worker线程不等待处理结果，继续往下走，又叫异步方式。如果PostMessage有附带参数，这时就得谨慎处理了，就像普通的线程异步处理一样，对象必须加锁解锁，除非这个附带参数是临时从堆上分配的对象，由UI线程处理完消息前负责释放，但是这又涉及到模块之间的内存申请、释放问题，搞不好，程序直接core dump。
    3.worker线程直接把结果存放于UI线程能访问的某一处，等到UI线程执行到需要用到该结果时才访问，也要对这个对象进行加锁解锁，搞不好容易死锁。


    以上3中方法，不管是哪种，处理起来都很麻烦，尽管第一种方式相对比较简单，可是写起代码来还是觉得繁琐，要先定义一个双方认识的消息（还得考虑该消息会不会冲突，是否考虑使用RegisterWindowMessage），定义好消息处理函数，然后添加消息映射宏，而且代码看起来不如顺序执行那么流畅，维护代码时要在这些地方跳来跳去，且还不论有多种同步消息需要同步，时间久了，只会越来越难维护。


    接触这种线程“伪同步”一段时间后，自然而然对这种方式反感，开始思考一个问题：为什么操作系统不提供一个线程切换的API供调用，这样多省事啊。等待认真了解线程工作原理后，才发现这想法太天真了。


    通常一个线程得以被操作系统调度运行，是因为符合当前优先级配置，且该线程尚有代码需要执行（这样说貌似也不太合理，想不出来），最直观的就是函数调用（不管全局函数也好、构造函数也好。。。），既然是函数调用那肯定有参数、变量入栈出栈，每个线程被挂起后，为了恢复执行后能够之前的状态下继续执行，就必然是一个线程对应一个线程栈，以此线程间互不干扰，各自在自己的一亩三分地上干活。这时再考虑线程“串行化”的问题，如果系统要提供线程切换的API，那么worker线程需要与UI线程同步时就必须让UI线程切换到worker线程拥有的线程栈上来，否则如何访问worker线程中的那些变量、参数，UI线程切换过来后，之前保留的现场又该怎么处理，如果栈是可拷贝的，那UI线程把它拷贝过来后置于栈顶，那栈可用空间不够大怎么办。此外还有种种我这水平未能触及的原因，发现真要这么做的话，这代价实在太高了，还不能保证如预期那样进行。