Windows下多线程编程技术及其实现

Windows下多线程编程技术及其实现

　　本文首先讨论16位Windows下不具备的线程的概念，然后着重讲述在32位Windows 95环境下多线程的编程技术，最后给出利用该技术的一个实例，即基于Windows95下TCP/IP的可视电话的实现。

　　一、问题的提出

　　作者最近在开发基于Internet网上的可视电话过程中，碰到了这样一个问题。在基于Internet网上的可视电话系统中，同时要进行语音采集、语音编解码、图象采集、图象编解码、语音和图象 码流的传输， 所有的这些事情，都要并行处理。特别是语音信号，如果进行图象编解码时间过长，语音信号得不到服务，通话就有间断，如果图象或语音处理时间过长，而不能及时的传输码流数据，通信同样也会中断。这样就要求我们实现一种并行编程，在只有一个CPU的机器上，也就是要将该CPU时间按照一定的优先准则分配给各个事件，定期处理某一事件而不会在某一事件处理过长，在32位Windows95或WindowsNT下，我们可以用多线程的编程技术来实现这种并行编程。实际上这种并行编程在很多场合下都是必须的。例如，在FileManager拷贝文件时，它显示一个对话框， 列出源文件和目标文件的名称，并在对话框中包含了一个Cancel按钮。如果在文件拷贝过程中，点中Cancel按钮，就会终止拷贝。

　　在16位Windows中，实现这类功能需要在FileCopy循环内部周期性地调用PeekMessage函数。如果正在读一个很大的数据块，则只有当这个块读完以后才能响应这个按钮动作，如果从软盘读文件，则要花费好几秒的时间，由于机器反应太迟钝，你会频繁地点中这个按钮，以为系统不知道你想终止这个操作。如果把FileCopy指令放入另外一个线程，你就不需要在代码中放一大堆PeekMessage函数，处理 用户界面的线程将与它分开操作，这样，点中Cancel按钮后会立即得到响应。同样的道理，在应用程序中创建一个单独线程来处理所有打印任务也是很有用的，这样，用户可以在打印处理时继续使用应用程序。

　　二、线程的概念

　　为了了解线程的概念，我们必须先讨论一下进程的概念。

　　一个进程通常定义为程序的一个实例。在Win32中， 进程占据4GB的地址空间。与它们在MS-DOS和16位Windows操作系统中不同， Win32进程是没有活力的。这就是说，一个Win32进程并不执行什么指令，它只是占据着4GB的地址空间，此空间中有应用程序EXE文件的 代码和数据。EXE需要的任意DLL也将它们的代码和数据装入到进程的地址空间。除了地址空间，进程还占有某些资源，比如文件、动态内存分配和线程。当进程终止时，在它生命期中创建的各种资源将被清除。

　　但是进程是没有活力的，它只是一个静态的概念。为了让进程完成一些工作，进程必须至少占有一个线程，所以线程是描述进程内的执行，正是线程负责执行包含在进程的地址空间中的代码。实际上，单个进程可以包含几个线程， 它们可以同时执行进程的地址空间中的代码。为了做到这一点，每个线程有自己的一组CPU寄存器和堆栈。

　　每个进程至少有一个线程在执行其地址空间中的代码，如果没有线程执行进程 地址空间中的代码， 进程也就没有继续存在的理由，系统将自动清除进程及其地址空间。为了运行所有这些线程，操作系统为每个独立线程安排一些CPU 时间，操作系统以轮转方式向线程提供时间片，这就给人一种假象，好象这些线程都在同时运行。创建一个Win32进程时，它的第一个线程称为主线程，它 由系统自动生成，然后可由这个主线程生成额外的线程，这些线程，又可生成更多的线程。

　　三、线程的编程技术

　　1、编写线程函数

　　所有线程必须从一个指定的函 数开始执行，该函数称为线程函数，它必须具有下列原型：

DWORD WINAPIYourThreadFunc(LPVOIDlpvThreadParm);

　　该函数输入一个LPVOID型的参数，可以是一个DWORD型的整数，也可以是一个指向一个缓冲区的指针， 返回一个DWORD型的值。象WinMain函数一样，这个函数并不由操作系统调用， 操作系统调用包含在KERNEL32.DLL中的非C运行时的一个内部函数，如StartOfThread，然后由StartOfThread函数建立起一个异常处理框架后，调用我们的函数。

　　2、创建一个线程

　　一个进程的主线程是由操作系统自动生成，如果你要让一个主线程创建额外的线程，你可以调用来CreateThread完成。

　　HANDLE  CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa,DWORDcbstack,LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddr,
LPVOID lpvThreadParm,DWORDfdwCreate,LPDWORDlpIDThread);

　　其中lpsa参数为一个指向SECURITY_ATTRIBUTES结构的指针。如果想让对象为缺省安全属性的话，可以传一个NULL，如果想让任一个子进程都可继承一个该线程对象句柄，必须指定一个SECURITY_ATTRIBUTES结构，其中bInheritHandle成员初始化为TRUE。参数cbstack表示线程为自己所用堆栈分配的地址空间大小，0表示采用系统缺省值。

　　参数lpStartAddr用来表示新线程开始执行时代码所在函数的地址，即为线程函数。lpvThreadParm为传入线程函数的参数，fdwCreate参数指定控制线程创建的附加标志，可以取两种值。如果该参数为0，线程就会立即开始执行，如果该参数为CREATE_SUSPENDED，则系统产生线程后，初始化CPU，登记CONTEXT结构的成员，准备好执行该线程函数中的第一条指令，但并不马上执行，而是挂起该线程。最后一个参数lpIDThread 是一个DWORD类型地址，返回赋给该新线程的ID值。

　　3、终止线程

　　如果某线程调用了ExitThread 函数，就可以终止自己。

                VOID  ExitThread(UINTfuExitCode );

　　这个函数为调用该函数的线程设置了退出码fuExitCode后， 就终止该线程。调用TerminateThread函数亦可终止线程。

BOOLTerminateThread(HANDLE hThread,DWORDdwExitCode);

　　该函数用来结束由hThread参数指定的线程， 并把dwExitCode设成该线程的退出码。当某个线程不在响应时，我们可以用其他线程调用该函数来终止这个不响应的线程。

　　4、设定线程的相对优先级

　　当一个线程被首次创建时，它的优先级等同于它所属进程的优先级。在单个进程内可以通过调用SetThreadPriority函数改变线程的相对优先级。一个线程的优先级是相对于其所属的进程的优先级而言的。

                     BOOL   SetThreadPriority(HANDLE hThread,intnPriority);

　　其中参数hThread是指向待修改 优先级线程的句柄，nPriority可以是以下的值：

　　THREAD_PRIORITY_LOWEST,
　　THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL,
　　THREAD_PRIORITY_NORMAL,
　　THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL,
　　THREAD_PRIORITY_HIGHEST

　　5、挂起及恢复线程

　　先前我提到过可以创建挂起状态的线程（通过传递CREATE_SUSPENDED标志给函数CreateThread来实现）。当你这样做时，系统创建指定线程的核心对象，创建线程的栈，在CONTEXT结构中初始化线程CPU注册成员。然而，线程对象被分配了一个初始挂起计数值1，这表明了系统将不再分配CPU去执行线程。要开始执行一个线程，另一个线程必须调用ResumeThread并传递给它调用CreateThread时返回的线程句柄。

                                 DWORD ResumeThread(HANDLEhThread);

　　一个线程可以被挂起多次。如果一个线程被挂起3次， 则该线程在它被分配CPU之前必须被恢复3次。除了在创建线程时使用CREATE_SUSPENDED标志，你还可以用SuspendThread函数挂起线程。

                                 DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);