所以学习多U程~程最重要的不是学习API,而是理解什么才是多U程安全的代?br />
从例子说?br />
#include <windows.h>
#include <process.h>
long global1 = 0;
volatile long global2 = 0;
class MyClass
{
public:
MyClass() : m(0)
{
++m;
}
int fun(int v)
{
return m+v; //-----------9
}
void set(int v)
{
m = v; //-------------10
}
int m;
};
MyClass global_object; //-------------8
unsigned int __stdcall thread_fun1(void *param)
{
static int static2 = 0;
static MyClass static_object; //--------6
int local1 = 0;
++local1; //-------1
++static2; //-------2
++global1; //-------3
++global2; //-------4
InterlockedIncrement(&global1); //--------5
local1 = global_object.fun(local1); //----------7
global_object.set(local1); //---------------11
return 0;
}
unsigned int __stdcall thread_fun2(void *param)
{
++global1; //-------3
++global2; //-------4
InterlockedIncrement(&global1); //--------5
global_object.set(1); //-----------11
return 0;
}
int main()
{
HANDLE thread1 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun1,0,0,0); //thread 1
HANDLE thread2 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun1,0,0,0); //thread 2
HANDLE thread3 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun2,0,0,0); //thread 3
WaitForSingleObject(thread1,INFINITE);
WaitForSingleObject(thread2,INFINITE);
WaitForSingleObject(thread3,INFINITE);
return 0;
}
#include <process.h>
long global1 = 0;
volatile long global2 = 0;
class MyClass
{
public:
MyClass() : m(0)
{
++m;
}
int fun(int v)
{
return m+v; //-----------9
}
void set(int v)
{
m = v; //-------------10
}
int m;
};
MyClass global_object; //-------------8
unsigned int __stdcall thread_fun1(void *param)
{
static int static2 = 0;
static MyClass static_object; //--------6
int local1 = 0;
++local1; //-------1
++static2; //-------2
++global1; //-------3
++global2; //-------4
InterlockedIncrement(&global1); //--------5
local1 = global_object.fun(local1); //----------7
global_object.set(local1); //---------------11
return 0;
}
unsigned int __stdcall thread_fun2(void *param)
{
++global1; //-------3
++global2; //-------4
InterlockedIncrement(&global1); //--------5
global_object.set(1); //-----------11
return 0;
}
int main()
{
HANDLE thread1 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun1,0,0,0); //thread 1
HANDLE thread2 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun1,0,0,0); //thread 2
HANDLE thread3 = (HANDLE)_beginthreadex(0,0,&thread_fun2,0,0,0); //thread 3
WaitForSingleObject(thread1,INFINITE);
WaitForSingleObject(thread2,INFINITE);
WaitForSingleObject(thread3,INFINITE);
return 0;
}
1.局部变量局部用是安全?br />Z?因ؓ每个thread 都有自己的运行堆栈，而局部变量是生存在堆栈中,大家不干扰?br />所以代?
int local1;
++local1;
是安全的
2.全局原生变量多线E读写是不安全的
全局变量是在?heap)?br />long global1 = 0;
++global2;
++q个操作其实分ؓ两部Q一个是读，另外一个是?br /> mov ecx,global
add ecx,1
mov global,ecx
所以代?处是不安全的
3.函数静态变量多U程d也是不安全的
道理?
所以代?处也是不安全?br />
4.volatile能保证全局整Ş变量是多U程安全的么
不能?br />volatile仅仅是告诫compiler不要对这个变量作优化Q每ơ都要从memory取数|而不是从register
所以代?也不是安?br />
5.InterlockedIncrement保证整型变量自增的原子?/strong>
所以代?是安全的
6.function static object的初始化是多U程安全的么
不是?br />著名的Meyer Singleton其实不是U程安全?br />Object & getInstance()
{
static Object o;
return o;
}
可能会造成多次初始化对?br />所以代?处是不安全的
7.?2机器上，4字节整Ş一ơassign是原子的
比如
i =10; //thread1
i=4; //thread2
不会Di的值处于未知状?要么?0要么?
写好多线E安全的法宝是装Q数据有保护的被访问到
安全性：
局部变?gt;成员变量>全局变量
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WIN32U程控制主要实现U程的创建、终止、挂起和恢复{操作，q些操作都依赖于WIN32提供的一lAPI和具体编译器的Cq行时库函数?br />
1.U程函数
在启动一个线E之前，必须为线E编写一个全局的线E函敎ͼq个U程函数接受一?2位的LPVOID作ؓ参数Q返回一个UINTQ线E函数的l构为：
| UINT ThreadFunction(LPVOID pParam) { //U程处理代码 return0; } |
在线E处理代码部分通常包括一个死循环Q该循环中先{待某事情的发生Q再处理相关的工作：
| while(1) { WaitForSingleObject(??;//或WaitForMultipleObjects(? //Do something } |
一般来_C++的类成员函数不能作ؓU程函数。这是因为在cM定义的成员函敎ͼ~译器会l其加上this指针。请看下列程序：
| #include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { public: void taskmain(LPVOID param); void StartTask(); }; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {} void ExampleTask::StartTask() { _beginthread(taskmain,0,NULL); } int main(int argc, char* argv[]) { ExampleTask realTimeTask; realTimeTask.StartTask(); return 0; } |
E序~译时出现如下错误：
| error C2664: '_beginthread' : cannot convert parameter 1 from 'void (void *)' to 'void (__cdecl *)(void *)' None of the functions with this name in scope match the target type |
再看下列E序Q?br />
| #include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { public: void taskmain(LPVOID param); }; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {} int main(int argc, char* argv[]) { ExampleTask realTimeTask; _beginthread(ExampleTask::taskmain,0,NULL); return 0; } |
E序~译时会出错Q?br />
| error C2664: '_beginthread' : cannot convert parameter 1 from 'void (void *)' to 'void (__cdecl *)(void *)' None of the functions with this name in scope match the target type |
如果一定要以类成员函数作ؓU程函数Q通常有如下解x案：
Q?Q将该成员函数声明ؓstaticcdQ去掉this指针Q?br />
我们上qC个程序改变ؓQ?br />
| #include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { public: void static taskmain(LPVOID param); void StartTask(); }; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {} void ExampleTask::StartTask() { _beginthread(taskmain,0,NULL); } int main(int argc, char* argv[]) { ExampleTask realTimeTask; realTimeTask.StartTask(); return 0; } ?br />#include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { public: void static taskmain(LPVOID param); }; void ExampleTask::taskmain(LPVOID param) {} int main(int argc, char* argv[]) { _beginthread(ExampleTask::taskmain,0,NULL); return 0; } |
均编译通过?br />
成员函数声明ؓ静态虽然可以解决作为线E函数的问题Q但是它带来了新的问题，那就是static成员函数只能讉Kstatic成员。解x问题的一U途径是可以在调用c静态成员函敎ͼU程函数Q时this指针作ؓ参数传入Qƈ在改U程函数中用强制cd转换this转换成指向该cȝ指针Q通过该指针访问非静态成员?br />
Q?Q不定义cL员函CؓU程函数Q而将U程函数定义为类的友元函数。这PU程函数也可以有cL员函数同{的权限Q?
我们程序修改ؓQ?br />
| #include "windows.h" #include <process.h> class ExampleTask { public: friend void taskmain(LPVOID param); void StartTask(); }; void taskmain(LPVOID param) { ExampleTask * pTaskMain = (ExampleTask *) param; //通过pTaskMain指针引用 } void ExampleTask::StartTask() { _beginthread(taskmain,0,this); } int main(int argc, char* argv[]) { ExampleTask realTimeTask; realTimeTask.StartTask(); return 0; } |
Q?Q可以对非静态成员函数实现回调，q访问非静态成员，此法涉及C些高U技巧，在此不再详述?br />
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| QdaQ］当前行的Windows操作pȝQ它能同时运行几个程?独立q行的程序又UCE?Q对于同一个程序，它又可以分成若干个独立的执行，我们UC为线E，U程提供了多d处理的能力。用q程和线E的观点来研IY件是当今普遍采用的方法，q程和线E的概念的出玎ͼҎ高Y件的q行性有着重要的意义。现在的应用软g无一不是多线E多d处理Q单U城的Y件是不可惌的。因此掌握多U程多Q务设计方法对每个E序员都是必需要掌握的。本文针对多U程技术在应用中经帔R到的问题Q如U程间的通信、同步等Q对它们分别q行探讨? 一?理解U程 要讲解线E，不得不说一下进E，q程是应用程序的执行实例Q每个进E是q有的虚拟地址I间、代码、数据和其它pȝ资源l成。进E在q行时创建的资源随着q程的终止而死亡。线E的基本思想很简单，它是一个独立的执行，是进E内部的一个独立的执行单元Q相当于一个子E序Q它对应Visual C++中的CwinThreadcȝ对象。单独一个执行程序运行时Q缺省的q行包含的一个主U程Q主U程以函数地址的Ş式，如main或WinMain函数Q提供程序的启动点，当主U程l止Ӟq程也随之终止，但根据需要，应用E序又可以分解成许多独立执行的线E，每个U程q行的运行在同一q程中? 一个进E中的所有线E都在该q程的虚拟地址I间中，使用该进E的全局变量和系l资源。操作系l给每个U程分配不同的CPU旉片，在某一个时刻，CPU只执行一个时间片内的U程Q多个时间片中的相应U程在CPU内轮执行，׃每个旉片时间很短，所以对用户来说Q仿佛各个线E在计算Z是ƈ行处理的。操作系l是ҎU程的优先来安排CPU的时_优先U高的线E优先运行，优先U低的线E则l箋{待? U程被分ZU：用户界面U程和工作线E（又称为后台线E）。用L面线E通常用来处理用户的输入ƈ响应各种事g和消息，其实Q应用程序的L行线ECWinAPP对象是一个用L面线E，当应用程序启动时自动创徏和启动，同样它的l止也意味着该程序的l束Q进城终止。工作者线E用来执行程序的后台处理dQ比如计、调度、对串口的读写操作等Q它和用L面线E的区别是它不用从CwinThreadcL生来创徏Q对它来说最重要的是如何实现工作U程d的运行控制函数。工作线E和用户界面U程启动时要调用同一个函数的不同版本Q最后需要读者明白的是，一个进E中的所有线E共享它们父q程的变量，但同时每个线E可以拥有自q变量? 二?U程的管理和操作 1Q?U程的启? 创徏一个用L面线E，首先要从cCwinThread产生一个派生类Q同时必M用DECLARE_DYNCREATE和IMPLEMENT_DYNCREATE来声明和实现q个CwinThreadzcR? W二步是Ҏ需要重载该zcȝ一些成员函数如QExitInstance()QInitInstance()QOnIdle();PreTranslateMessage(){函敎ͼ最后启动该用户界面U程Q调用AfxBeginThread()函数的一个版本：CWinThread* AfxBeginThread( CRuntimeClass* pThreadClass, int nPriority = THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize = 0, DWORD dwCreateFlags = 0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL );其中W一个参Cؓ指向定义的用L面线E类指针变量Q第二个参数为线E的优先U，W三个参CؓU程所对应的堆栈大，W四个参CؓU程创徏时的附加标志Q缺省ؓ正常状态，如ؓCREATE_SUSPENDED则线E启动后为挂L态? 对于工作U程来说Q启动一个线E，首先需要编写一个希望与应用E序的其余部分ƈ行运行的函数如Fun1()Q接着定义一个指向CwinThread对象的指针变?pThread,调用AfxBeginThread(Fun1,param,priority)函数Q返回glpThread变量的同时一q启动该U程来执行上面的Fun1()函数Q其中Fun1是线E要q行的函数的名字Q也既是上面所说的控制函数的名字，param是准备传送给U程函数Fun1的Q?2位|priority则是定义该线E的优先U别Q它是预定义的常敎ͼ读者可参考MSDN? 2Q线E的优先U? 以下的CwinThreadcȝ成员函数用于U程优先U的操作Q? int GetThreadPriority(); BOOL SetThradPriority()(int nPriority); 上述的二个函数分别用来获取和讄U程的优先Q这里的优先U，是相对于该线E所处的优先权层ơ而言的，处于同一优先权层ơ的U程Q优先高的U程先运行；处于不同优先权层ơ上的线E，谁的优先权层ơ高Q谁先运行。至于优先讄所需的常敎ͼ自己参考MSDN可以了Q要注意的是要想讄U程的优先Q这个线E在创徏时必d有THREAD_SET_INFORMATION讉K权限。对于线E的优先权层ơ的讄QCwinThreadcL有提供相应的函数Q但是可以通过Win32 SDK函数GetPriorityClass()和SetPriorityClass()来实现? 3Q线E的悬挂、恢? CwinThreadcM包含了应用程序悬挂和恢复它所创徏的线E的函数Q其中SuspendThread()用来悬挂U程Q暂停线E的执行QResumeThread()用来恢复U程的执行。如果你对一个线E连l若q次执行SuspendThread()Q则需要连l执行相应次的ResumeThread()来恢复线E的q行? 4Q结束线E? l止U程有三U途径Q线E可以在自n内部调用AfxEndThread()来终止自w的q行Q可以在U程的外部调用BOOL TerminateThread( HANDLE hThread, DWORD dwExitCode )来强行终止一个线E的q行Q然后调用CloseHandleQ）函数释放U程所占用的堆栈；W三U方法是改变全局变量QɾU程的执行函数返回，则该U程l止。下面以W三U方法ؓ例，l出部分代码Q? //////////////////////////////////////////////////////////////// //////CtestView message handlers /////Set to True to end thread Bool bend=FALSE;//定义的全局变量Q用于控制线E的q行 //The Thread Function UINT ThreadFunction(LPVOID pParam)//U程函数 { while(!bend) {Beep(100,100); Sleep(1000); } return 0; } CwinThread *pThread; HWND hWnd; ///////////////////////////////////////////////////////////// Void CtestView::OninitialUpdate() { hWnd=GetSafeHwnd(); pThread=AfxBeginThread(ThradFunction,hWnd);//启动U程 pThread->m_bAutoDelete=FALSE;//U程为手动删? Cview::OnInitialUpdate(); } //////////////////////////////////////////////////////////////// Void CtestView::OnDestroy() { bend=TRUE;//改变变量Q线E结? WaitForSingleObject(pThread->m_hThread,INFINITE);//{待U程l束 delete pThread;//删除U程 Cview::OnDestroy(); } 三?U程之间的通信 通常情况下，一个次U线E要ZU程完成某种特定cd的Q务，q就隐含着表示在主U程和次U线E之间需要徏立一个通信的通道。一般情况下Q有下面的几U方法实现这U通信dQ用全局变量Q上一节的例子其实使用的就是这U方法）、用事件对象、用消息。这里我们主要介l后两种Ҏ? 1Q?利用用户定义的消息通信 在WindowsE序设计中，应用E序的每一个线E都拥有自己的消息队列，甚至工作U程也不例外Q这样一来，׃得线E之间利用消息来传递信息就变的非常单。首先用戯定义一个用h息，如下所C：#define WM_USERMSG WMUSER+100Q在需要的时候，在一个线E中调用 Q：PostMessage((HWND)param,WM_USERMSG,0,0) ? CwinThread::PostThradMessage() 来向另外一个线E发送这个消息，上述函数的四个参数分别是消息要发送到的目的窗口的句柄、要发送的消息标志W、消息的参数WPARAM和LPARAM。下面的代码是对上节代码的修改，修改后的l果是在U程l束时显CZ个对话框Q提C线E结束： UINT ThreadFunction(LPVOID pParam) { while(!bend) { Beep(100,100); Sleep(1000); } Q：PostMessage(hWnd,WM_USERMSG,0,0)Q? return 0; } ////////WM_USERMSG消息的响应函CؓOnThreadended(WPARAM wParam,LPARAM lParam) LONG CTestView::OnThreadended(WPARAM wParam,LPARAM lParam) { AfxMessageBox("Thread ended."); Retrun 0; } 上面的例子是工作者线E向用户界面U程发送消息，对于工作者线E，如果它的设计模式也是消息驱动的，那么调用者可以向它发送初始化、退出、执行某U特定的处理{消息，让它在后台完成。在控制函数中可以直接用：QGetMessage()q个SDK函数q行消息分检和处理，自己实现一个消息@环。GetMessage()函数在判断该U程的消息队列ؓI时Q线E将pȝ分配l它的时间片让给其它U程Q不无效的占用CPU的时_如果消息队列不ؓI，p取这个消息，判断q个消息的内容ƈq行相应的处理? 2Q用事g对象实现通信 在线E之间传递信可行通信比较复杂的方法是使用事g对象Q用MFC的Ceventcȝ对象来表C。事件对象处于两U状态之一Q有信号和无信号Q线E可以监视处于有信号状态的事gQ以便在适当的时候执行对事g的操作。上qC子代码修改如下： //////////////////////////////////////////////////////////////////// Cevent threadStart,threadEnd; //////////////////////////////////////////////////////////////////// UINT ThreadFunction(LPVOID pParam) { Q：WaitForSingleObject(threadStart.m_hObject,INFINITE); AfxMessageBox("Thread start."); while(!bend) { Beep(100,100); Sleep(1000); Int result=::WaitforSingleObject(threadEnd.m_hObject,0); //{待threadEnd事g有信P无信hU程在这里悬? If(result==Wait_OBJECT_0) Bend=TRUE; } Q：PostMessage(hWnd,WM_USERMSG,0,0)Q? return 0; } ///////////////////////////////////////////////////////////// Void CtestView::OninitialUpdate() { hWnd=GetSafeHwnd(); threadStart.SetEvent();//threadStart事g有信? pThread=AfxBeginThread(ThreadFunction,hWnd);//启动U程 pThread->m_bAutoDelete=FALSE; Cview::OnInitialUpdate(); } //////////////////////////////////////////////////////////////// Void CtestView::OnDestroy() { threadEnd.SetEvent(); WaitForSingleObject(pThread->m_hThread,INFINITE); delete pThread; Cview::OnDestroy(); } q行q个E序Q当关闭E序Ӟ才显C提C框Q显C?Thread ended" 四?U程之间的同? 前面我们讲过Q各个线E可以访问进E中的公共变量，所以用多U程的过E中需要注意的问题是如何防止两个或两个以上的线E同时访问同一个数据，以免破坏数据的完整性。保证各个线E可以在一起适当的协调工作称为线E之间的同步。前面一节介l的事g对象实际上就是一U同步Ş式。Visual C++中用同步类来解x作系l的q行性而引L数据不安全的问题QMFC支持的七个多U程的同步类可以分成两大c：同步对象QCsyncObject、Csemaphore、Cmutex、CcriticalSection和CeventQ和同步讉K对象QCmultiLock和CsingleLockQ。本节主要介l界区Qcritical sectionQ、互斥（mutexeQ、信号量QsemaphoreQ，q些同步对象使各个线E协调工作，E序q行h更安全? 1Q?临界? 临界区是保证在某一个时间只有一个线E可以访问数据的Ҏ。用它的过E中Q需要给各个U程提供一个共享的临界区对象，无论哪个U程占有临界区对象，都可以访问受C护的数据Q这时候其它的U程需要等待，直到该线E释放界区对象为止Q界区被释攑Q另外的U程可以强占q个临界区，以便讉K׃n的数据。界区对应着一个CcriticalSection对象Q当U程需要访问保护数据时Q调用界区对象的Lock()成员函数Q当对保护数据的操作完成之后Q调用界区对象的Unlock()成员函数释放对界区对象的拥有权Q以使另一个线E可以夺取界区对象q访问受保护的数据。同时启动两个线E，它们对应的函数分别ؓWriteThread()和ReadThread()Q用以对公共数组larray[]操作Q下面的代码说明了如何用界区对象Q? #include "afxmt.h" int array[10],destarray[10]; CCriticalSection Section; //////////////////////////////////////////////////////////////////////// UINT WriteThread(LPVOID param) {Section.Lock(); for(int x=0;x<10;x++) array[x]=x; Section.Unlock(); } UINT ReadThread(LPVOID param) { Section.Lock(); For(int x=0;x<10;x++) Destarray[x]=array[x]; Section.Unlock(); } 上述代码q行的结果应该是Destarray数组中的元素分别?-9Q而不是杂乱无章的敎ͼ如果不用同步，则不是这个结果，有兴的读者可以实验一下? 2Q?互斥 互斥与界区很相|但是使用时相对复杂一些，它不仅可以在同一应用E序的线E间实现同步Q还可以在不同的q程间实现同步，从而实现资源的安全׃n。互斥与Cmutexcȝ对象相对应，使用互斥对象Ӟ必须创徏一个CSingleLock或CMultiLock对象Q用于实际的讉K控制Q因里的例子只处理单个互斥，所以我们可以用CSingleLock对象Q该对象的Lock()函数用于占有互斥QUnlock()用于释放互斥。实C码如下： #include "afxmt.h" int array[10],destarray[10]; CMutex Section; ///////////////////////////////////////////////////////////// UINT WriteThread(LPVOID param) { CsingleLock singlelock; singlelock (&Section); singlelock.Lock(); for(int x=0;x<10;x++) array[x]=x; singlelock.Unlock(); } UINT ReadThread(LPVOID param) { CsingleLock singlelock; singlelock (&Section); singlelock.Lock(); For(int x=0;x<10;x++) Destarray[x]=array[x]; singlelock.Unlock(); } 3Q?信号? 信号量的用法和互斥的用法很相|不同的是它可以同一时刻允许多个U程讉K同一个资源，创徏一个信号量需要用Csemaphorecd明一个对象，一旦创Z一个信号量对象Q就可以用它来对资源的访问技术。要实现计数处理Q先创徏一个CsingleLock或CmltiLock对象Q然后用该对象的Lock()函数减少q个信号量的计数|Unlock()反之。下面的代码分别启动三个U程Q执行时同时昄二个消息框，然后10U后W三个消息框才得以显C? ///////////////////////////////////////////////////////////////// Csemaphore *semaphore; Semaphore=new Csemaphore(2,2); HWND hWnd=GetSafeHwnd(); AfxBeginThread(threadProc1,hWnd); AfxBeginThread(threadProc2,hWnd); AfxBeginThread(threadProc3,hWnd); ////////////////////////////////////////////////////////////////////// UINT ThreadProc1(LPVOID param) {CsingleLock singelLock(semaphore); singleLock.Lock(); Sleep(10000); ::MessageBox((HWND)param,"Thread1 had access","Thread1",MB_OK); return 0; } UINT ThreadProc2(LPVOID param) {CSingleLock singelLock(semaphore); singleLock.Lock(); Sleep(10000); ::MessageBox((HWND)param,"Thread2 had access","Thread2",MB_OK); return 0; } UINT ThreadProc3(LPVOID param) {CsingleLock singelLock(semaphore); singleLock.Lock(); Sleep(10000); ::MessageBox((HWND)param,"Thread3 had access","Thread3",MB_OK); return 0; } 对复杂的应用E序来说Q线E的应用l应用程序提供了高效、快速、安全的数据处理能力。本文讲qCU程中经帔R到的问题Q希望对读者朋友有一定的帮助?/TD> |
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