第二章   線程的第一次接觸

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本章回答了如下幾個(gè)問題：

  ◆ 怎樣建立一個(gè)線程？怎樣終止一個(gè)線程？線程的退出碼如何獲取？

  ◆ 使用多線程容易引起怎樣的問題？如何解決？

  ◆ 什么是worker線程？什么是GDI線程？它們的區(qū)別何在？程序處理上有何不同？各需注意些什么？

       建立線程序

HANDLE CreateThread(

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,  // pointer to security attributes

DWORD dwStackSize,                         // initial thread stack size

LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,     // pointer to thread function

LPVOID lpParameter,                        // argument for new thread

DWORD dwCreationFlags,                     // creation flags

LPDWORD lpThreadId                         // pointer to receive thread ID

);

 

調(diào)用約定

調(diào)用約定定義函數(shù)調(diào)用時(shí)參數(shù)傳遞的方式、堆棧內(nèi)參數(shù)的處理等。

通常使用關(guān)鍵字__stdcall、__cdecl和__fastcall直接加函數(shù)前預(yù)以明確。 

#define WINAPI __stdcall

__stdcall是Pascal程序的缺省調(diào)用方式，通常用于Win32 API中，函數(shù)采用從右到左的壓棧方式，自己在退出時(shí)清空堆棧。

C調(diào)用約定（即用__cdecl關(guān)鍵字說明）按從右至左的順序壓參數(shù)入棧，由調(diào)用者把參數(shù)彈出棧。對(duì)于傳送參數(shù)的內(nèi)存棧是由調(diào)用者來維護(hù)的（正因?yàn)槿绱耍瑢?shí)現(xiàn)可變參數(shù)vararg的函數(shù)(如printf)只能使用該調(diào)用約定）。

__cdecl是C和C＋＋程序的缺省調(diào)用方式。每一個(gè)調(diào)用它的函數(shù)都包含清空堆棧的代碼，所以產(chǎn)生的可執(zhí)行文件大小會(huì)比調(diào)用_stdcall函數(shù)的大。_cdecl是MFC缺省調(diào)用約定。

__fastcall調(diào)用的主要特點(diǎn)就是快，因?yàn)樗峭ㄟ^寄存器來傳送參數(shù)的（實(shí)際上，它用ECX和EDX傳送前兩個(gè)雙字（DWORD）或更小的參數(shù)，剩下的參數(shù)仍舊自右向左壓棧傳送，被調(diào)用的函數(shù)在返回前清理傳送參數(shù)的內(nèi)存棧。

thiscall僅僅應(yīng)用于“C++”成員函數(shù)。this指針存放于CX/ECX寄存器中，參數(shù)從右到左壓。thiscall不是關(guān)鍵詞，因此不能被程序員指定。

關(guān)鍵字__stdcall、__cdecl和__fastcall可以直接加在要輸出的函數(shù)前。它們對(duì)應(yīng)的命令行參數(shù)分別為/Gz、/Gd和/Gr。缺省狀態(tài)為/Gd，即__cdecl。

要完全模仿PASCAL調(diào)用約定首先必須使用__stdcall調(diào)用約定，至于函數(shù)名修飾約定，可以通過其它方法模仿。還有一個(gè)值得一提的是WINAPI宏，Windows.h支持該宏，它可以將出函數(shù)翻譯成適當(dāng)?shù)恼{(diào)用約定，在WIN32中，它被定義為__stdcall。使用WINAPI宏可以創(chuàng)建自己的APIs。 

幾個(gè)必須牢記心頭的概念

線程之間的執(zhí)行次序應(yīng)該視之為隨機(jī)；

任務(wù)切換可能在任何時(shí)刻任何地點(diǎn)發(fā)生；

線程并不總是立刻啟動(dòng)（即使進(jìn)程創(chuàng)建時(shí)并未設(shè)置CREATE_SUSPENDED標(biāo)志）。 

核心對(duì)象（Kernal Objects）

CreateThread()傳回兩個(gè)值，用以標(biāo)識(shí)一個(gè)新線程。一個(gè)是線程句柄，一個(gè)是線程ID。線程ID是一個(gè)全局變量，可以獨(dú)一無二地表示系統(tǒng)任一進(jìn)程中的某個(gè)線程。   AttachThreadInput()和PostThreadMessage()就需要用到線程ID，這兩個(gè)函數(shù)允許你影響其他線程的消息隊(duì)列。調(diào)試器和進(jìn)程觀察器也需要線程ID。

為了安全防護(hù)的緣故，不可能根據(jù)一個(gè)線程ID而獲得其句柄。 

所謂handle，其實(shí)是個(gè)指針，指向操作系統(tǒng)內(nèi)存中的某樣?xùn)|西。為了維護(hù)系統(tǒng)的完整性與安全性，那東西不允許你直接取得。 

Win32核心對(duì)象清單：

進(jìn)程(processes)

線程（threads）

文件（files）

事件（events）

信號(hào)量（semaphores）

互斥器(mutexes)

管道（pipes。分為named和anonymous兩種）

 注意臨界區(qū)不是核心對(duì)象！ 

核心對(duì)象和GDI對(duì)象

核心對(duì)象由KERNEL32.DLL管理，GDI對(duì)象由GDI32.DLL管理。

GDI對(duì)象是Windows的基礎(chǔ)部分。在Win16和Win32中它們都是由操作系統(tǒng)管理。通常你不需要知道其數(shù)據(jù)格式。Windows隱藏了實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只是給你一個(gè)對(duì)象句柄。 

GDI對(duì)象和核心對(duì)象之間有一個(gè)主要的不同。GDI對(duì)象有單一擁有者，不是進(jìn)程就是線程。核心對(duì)象可以有一個(gè)以上的擁有者，甚至可以跨進(jìn)程。

為了保持對(duì)每一位主人的追蹤，核心對(duì)象保持了一個(gè)引用計(jì)數(shù)（reference count），以記錄有多少handles對(duì)應(yīng)到此對(duì)象。對(duì)象中也記錄了哪一個(gè)進(jìn)程或線程是擁有者。如果你調(diào)用CreateThread()或是其他會(huì)傳回handle的函數(shù)，引用計(jì)數(shù)便加1。當(dāng)你調(diào)用CloseHandle()時(shí)，引用計(jì)數(shù)便減1。一旦引用計(jì)數(shù)降至0，這一核心對(duì)象便自動(dòng)銷毀。

由于引用計(jì)數(shù)的設(shè)計(jì)，對(duì)象有可能在“產(chǎn)生該對(duì)象之進(jìn)程”結(jié)束之后還繼續(xù)幸存（比如用于進(jìn)程間通訊的事件對(duì)象、信號(hào)量等）。Win32提供各種機(jī)制，讓其他進(jìn)程得以取得一個(gè)核心對(duì)象的句柄，如果某個(gè)進(jìn)程握有某個(gè)核心對(duì)象的句柄，而該對(duì)象的原創(chuàng)者（進(jìn)程）已經(jīng)“作古”了，此核心對(duì)象并不會(huì)被摧毀。 

為什么我應(yīng)該調(diào)用CloseHandle（）？

如果進(jìn)程結(jié)束之前沒有對(duì)它所打開的核心對(duì)象調(diào)用CloseHandle（），操作系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)地把那些對(duì)象的應(yīng)用計(jì)數(shù)減一。雖然可以依賴操作系統(tǒng)作實(shí)體（physical）上的清除(cleanup)工作，然后邏輯上的清除操作不是同一回事，特別是你有許多進(jìn)程的話。

如果一個(gè)進(jìn)程常常產(chǎn)生工作線程（worker thread）而老不關(guān)閉線程的句柄，那么這個(gè)進(jìn)程將有許許多多的線程核心對(duì)象留給操作系統(tǒng)去清理。這樣的資源泄漏（resource leak）可能會(huì)對(duì)效率帶來負(fù)面影響。

心得：CloseHandle（）實(shí)際上進(jìn)行的是邏輯清除。盡管操作系統(tǒng)會(huì)幫我們物理清除，但只有當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行完畢才可以，而且操作系統(tǒng)并不能確切地知道這些核心對(duì)象的具體含義，無法知道它們的解構(gòu)的次序，因此可能會(huì)造成一些不期待的問題。顯然地，核心對(duì)象使用完畢及時(shí)清除，這有利于系統(tǒng)效率的提高，所以程序員還是養(yǎng)成及時(shí)CoseHandle()這一習(xí)慣為好。 

需要注意的是：你不可以依賴“因線程結(jié)束而清理所有被這一線程產(chǎn)生的核心對(duì)象”。許多核心對(duì)象，是被進(jìn)程所擁有，而非線程所擁有，在進(jìn)程結(jié)束之前不能夠清理它們。

  為什么可以在不結(jié)束線程的情況下關(guān)閉其句柄？

線程句柄是指向“線程核心對(duì)象”，而不是線程本身。

當(dāng)你調(diào)用CloseHandle（）時(shí)，只不過表示希望自己和此核心對(duì)象不再有任何瓜葛。CloseHandle（）唯一做的事情就是把引用計(jì)數(shù)減1。如果該值為0，對(duì)象就會(huì)自動(dòng)地被操作系統(tǒng)銷毀。

“線程核心對(duì)象”引用到的那個(gè)線程也會(huì)令核心對(duì)象開啟。因此，線程的默認(rèn)引用計(jì)數(shù)為2。當(dāng)你調(diào)用CloseHandle（）時(shí)，引用計(jì)數(shù)減1，當(dāng)線程結(jié)束時(shí)，引用計(jì)數(shù)再減1。只有兩個(gè)事情都發(fā)生了（次序不限），這個(gè)對(duì)象才會(huì)被真正地銷毀。

  線程結(jié)束代碼（Exit Code）

BOOL GetExitCodeThread(

HANDLE  hThread,      // handle to the thread

LPDWORD  lpExitCode   // address to receive termination status

);

如果成功，GetExitCodeThread()返回TRUE，否則FALSE。如果失敗，可以調(diào)用GetLastError()找出原因。如果線程已經(jīng)結(jié)束，那么線程的結(jié)束碼會(huì)被存放在lpExitCode參數(shù)中帶回來。如果線程尚未結(jié)束，lpExitCode帶回的是STILL_ACTIVE。 

如果線程已經(jīng)結(jié)束，lpExitCode參數(shù)返回值可能是：

1.     ExitThread（）或TerminateThread（）函數(shù)中定義的值；

2.     線程函數(shù)的返回值；

3.     擁有線程的進(jìn)程的退出值（進(jìn)程終止會(huì)強(qiáng)制線程終止）。

需要注意的是：不可根據(jù)GetExitCodeThread（）返回值判斷線程是否還在運(yùn)行。如果線程還在運(yùn)行，尚未有所謂的結(jié)束碼時(shí)，也會(huì)傳回TRUE（此時(shí)lpExitCode返回STILL_ACTIVE）。

 結(jié)束一個(gè)線程

1）  線程函數(shù)結(jié)束，結(jié)束線程；

2）  使用ExitThread（）；

3）  主線程結(jié)束了

 VOID ExitThread(

DWORD dwExitCode   // exit code for this thread

);

ExitThread()類似于C runtime library中的Exit（）函數(shù)。放在該函數(shù)后的任何代碼，肯定不會(huì)被執(zhí)行。 

結(jié)束主線程

程序啟動(dòng)后就執(zhí)行的那個(gè)線程被稱為主線程。主線程有兩個(gè)特點(diǎn)：（1）它必須負(fù)責(zé)GUI（Graphic User Interface）程序中的主消息循環(huán)；（2）這一線程的結(jié)束會(huì)使程序中的所有線程都被強(qiáng)迫結(jié)束，程序因此而結(jié)束。

需要注意的是，一個(gè)線程被強(qiáng)行終止可能會(huì)導(dǎo)致它沒有機(jī)會(huì)做清理工作。

所以，程序員的一個(gè)良好的習(xí)慣是：主線程結(jié)束前，應(yīng)優(yōu)雅等待其它所有線程的結(jié)束。 

GDI線程和Worker線程

GDI線程的定義是：擁有消息隊(duì)列的線程。任何一個(gè)窗口的消息總是被產(chǎn)生這一窗口的線程抓住并處理。所有對(duì)此窗口的改變也都應(yīng)該由該線程完成。

一般而言，GUI線程絕不會(huì)去做那些不能夠馬上完成的事情。否則，界面就會(huì)“呆”住了。 

Worker線程則只完成事務(wù)性的處理。也就是說，Worker線程不能夠產(chǎn)生窗口、對(duì)話框、消息框、或任何其它與UI有關(guān)的東西。

如果Worker線程需要輸入輸出錯(cuò)誤消息，它應(yīng)該授權(quán)給UI線程來做（比如發(fā)送消息），并且把結(jié)果通知給Worker線程。

初學(xué)多線程編程的程序員最容易犯的一個(gè)錯(cuò)誤就是在Worker線程中直接調(diào)用GDI函數(shù)。比如通知更新對(duì)話框界面UpdateData（FALSE），請(qǐng)求在主窗口的狀態(tài)行顯示提示信息，如此等等。

切記：窗口的改變應(yīng)該由GDI該線程完成，Worker線程中不能直接更新UI。

 

在MFC內(nèi)，有工作者線程和界面線程，其中界面線程中其實(shí)也就是比工作者線程多了一個(gè)消息循環(huán)，可在界面線程內(nèi)的初始化實(shí)例函數(shù)中創(chuàng)建對(duì)話框，或者文檔視圖，這樣整個(gè)GDI界面就可由獨(dú)立的消息循環(huán)來處理了，在這種情況下每個(gè)線程可獨(dú)立的處理GDI。當(dāng)然對(duì)于同一個(gè)GDI對(duì)象的訪問最好不要使用SendMessage而應(yīng)該使用PostMessage，因?yàn)榈谝粋€(gè)同步，而第二個(gè)是異步的，使用PostMessage時(shí)要求其參數(shù)傳遞的對(duì)象為全局對(duì)象，或堆中的變量，不能使用局部變量。
經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

1）  各線程的數(shù)據(jù)要分離開來，避免使用全局變量；

2）  不要在線程之間共享GDI對(duì)象；

3）  確定你知道你的線程狀態(tài)，不要徑自結(jié)束程序而不等待它們的結(jié)束；

4）  讓主線程處理用戶界面。