在C＋＋Builer中多線程的實(shí)現(xiàn)
2019-09-06 23:33:44
供稿：網(wǎng)友
還在Dos時(shí)代，人們就在尋求一種多任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。于是出現(xiàn)了TSR類型的后臺(tái)駐留程序，比較有代表性的有Side Kick、Vsafe等優(yōu)秀的TSR程序，這類程序的出現(xiàn)和應(yīng)用確實(shí)給用戶使用計(jì)算機(jī)帶來了極大的方便，比如Side Kick，我們編程可以在不用進(jìn)編輯程序的狀態(tài)下，一邊編輯源程序，一邊編譯運(yùn)行，非常方便。但是，Dos單任務(wù)操作系統(tǒng)的致命缺陷注定了在Dos下不可能開發(fā)出真正的多任務(wù)程序。進(jìn)入Windows3.1時(shí)代，這種情況依然沒有根本的改變，一次應(yīng)用只能做一件事。比如數(shù)據(jù)庫查詢，除非應(yīng)用編得很好，在查詢期間整個(gè)系統(tǒng)將不響應(yīng)用戶的輸入。
進(jìn)入了Windows NT和Windows 9x時(shí)代，情況就有了徹底的改觀，操作系統(tǒng)從真正意義上實(shí)現(xiàn)了多任務(wù)（嚴(yán)格地說，Win9x還算不上）。一個(gè)應(yīng)用程序，在需要的時(shí)候可以有許多個(gè)執(zhí)行線程，每個(gè)線程就是一個(gè)小的執(zhí)行程序，操作系統(tǒng)自動(dòng)使各個(gè)線程共享CPU資源，確保任一線程都不能使系統(tǒng)死鎖。這樣，在編程的時(shí)候，可以把費(fèi)時(shí)間的任務(wù)移到后臺(tái)，在前臺(tái)用另一個(gè)線程接受用戶的輸入。對那些對實(shí)時(shí)性要求比較高的編程任務(wù)，如網(wǎng)絡(luò)客戶服務(wù)、串行通信等應(yīng)用時(shí)，多線程的實(shí)現(xiàn)無疑大大地增強(qiáng)了程序的可用性和穩(wěn)固性。
在Windows NT和Windows 9x中，多線程的編程實(shí)現(xiàn)需要調(diào)用一系列的API函數(shù)，如CreateThread、ResumeThread等，比較麻煩而且容易出錯(cuò)。我們使用Inprise公司的新一代RAD開發(fā)工具C＋＋Builder，可以方便地實(shí)現(xiàn)多線程的編程。與老牌RAD工具Visual Basic和Delphi比，C＋＋Builer不僅功能非常強(qiáng)大，而且它的編程語言是C＋＋，對于系統(tǒng)開發(fā)語言是C的Windows系列操作系統(tǒng)，它具有其它編程語言無可比擬的優(yōu)勢。利用C＋＋Builder提供的Tthread對象，多線程的編程變得非常簡便易用。那么，如何實(shí)現(xiàn)呢？且待我慢慢道來，讓你體會(huì)一下多線程的強(qiáng)大功能。
1. 創(chuàng)建多線程程序：
首先，先介紹一下實(shí)現(xiàn)多線程的具體步驟。在C＋＋Builder中雖然用Tthread對象說明了線程的概念，但是Tthread對象本身并不完整，需要在Tthread下新建其子類，并重載Execute方法來使用線程對象。在C＋＋Builder下可以很方便地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。
在C＋＋Builder IDE環(huán)境下選擇菜單File|New，在New欄中選中Thread Object，按OK，接下來彈出輸入框，輸入Tthread對象子類的名字MyThread，這樣C＋＋Builder自動(dòng)為你創(chuàng)建了一個(gè)名為TMyThread的Tthread子類。同時(shí)編輯器中多了一個(gè)名為Unit2.cpp的單元,這就是我們創(chuàng)建的TMyThread子類的原碼，如下：
＃include
＃pragma hdrstop
＃include “Unit2.h”
＃pragma package(smart_init)
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
// Important: Methods and properties of objects in VCL can only be
// used in a method called using Synchronize, for example:
//
// Synchronize(UpdateCaption);
//
// where UpdateCaption could look like:
//
// void __fastcall MyThread::UpdateCaption()
// {
// Form1－>Caption = “Updated in a thread”;
// }
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
__fastcall MyThread::MyThread(bool CreateSuspended)
: Tthread(CreateSuspended)
{
}
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
void __fastcall MyThread::Execute()
{
//－－－－ Place thread code here －－－－
}
//－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
其中的Execute（）函數(shù)就是我們要在線程中實(shí)現(xiàn)的任務(wù)的代碼所在處。在原代碼中包含Unit2.cpp，這個(gè)由我們創(chuàng)建的TMyThread對象就可以使用了。使用時(shí)，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建一個(gè)TMyThread 對象，在構(gòu)造函數(shù)中使用Resume（）方法，那么程序中就增加了一個(gè)新的我們自己定義的線程TMyThread，具體執(zhí)行的代碼就是Execute（）方法重載的代碼。要加載更多的線程，沒關(guān)系，只要繼續(xù)創(chuàng)建需要數(shù)量的TMyThread 對象就成。
以上我們初步地實(shí)現(xiàn)了在程序中創(chuàng)建一個(gè)自定義的線程，并使程序?qū)崿F(xiàn)了多線程應(yīng)用。但是，多線程應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，并不是一件簡單的工作，還需要考慮很多使多個(gè)線程能在系統(tǒng)中共存、互不影響的因素。比如，程序中公共變量的訪問、資源的分配，如果處理不當(dāng)，不僅線程會(huì)死鎖陷入混亂，甚至可能會(huì)造成系統(tǒng)崩潰。總的來講，在多線程編程中要注意共享對象和數(shù)據(jù)的處理，不能忽視。因此，下面我們要講的就是多線程中常見問題:
2. 多線程中VCL對象的使用
我們都知道，C＋＋Builder編程是建立在VCL類庫的基礎(chǔ)上的。在程序中經(jīng)常需要訪問VCL對象的屬性和方法。不幸的是，VCL類庫并不保證其中對象的屬性和方法是線程訪問安全的（Thread_safe），訪問VCL對象的屬性或調(diào)用其方法可能會(huì)訪問到不被別的線程所保護(hù)的內(nèi)存區(qū)域而產(chǎn)生錯(cuò)誤。因此，Tthread對象提供了一個(gè)Synchronize方法，當(dāng)需要在線程中訪問VCL對象屬性或調(diào)用方法時(shí)，通過Synchronize方法來訪問屬性或調(diào)用方法就能避免沖突，使各個(gè)線程之間協(xié)調(diào)而不會(huì)產(chǎn)生意外的錯(cuò)誤。如下所示：
void __fastcall TMyThread::PushTheButton(void)
{
Button1－>Click();
}
void __fastcall TMyThread::Execute()
{
…
Synchronize((TThreadMethod)PushTheButton);
…
}
對Button1－〉Click（）方法的調(diào)用就是通過Synchronize（）方法來實(shí)現(xiàn)的，它可以自動(dòng)避免發(fā)生多線程訪問沖突。在C＋＋Builder中，雖然有一些VCL對象也是線程訪問安全的（如Tfont、Tpen、Tbrush等），可以不用Sychronize（）方法對它們的屬性方法進(jìn)行訪問調(diào)用以提高程序性能，但是，對于更多的無法確定的VCL對象，還是強(qiáng)烈建議使用Synchronize（）方法確保程序的可靠性。
3. 多線程中公共數(shù)據(jù)的使用
程序設(shè)計(jì)中難免要在多個(gè)線程中共享數(shù)據(jù)或者對象。為了避免在多線程中因?yàn)橥瑫r(shí)訪問了公共數(shù)據(jù)塊而造成災(zāi)難性的后果，我們需要對公共數(shù)據(jù)塊進(jìn)行保護(hù)，直到一個(gè)線程對它的訪問結(jié)束為止。這可以通過臨界區(qū)域（Critical Section）的使用來實(shí)現(xiàn)，所幸的是在C＋＋Builder中，給我們提供了一個(gè)TCriticalSection對象來進(jìn)行臨界區(qū)域的劃定。該對象有兩個(gè)方法，Acquire（）和Release（）。它設(shè)定的臨界區(qū)域可以保證一次只有一個(gè)線程對該區(qū)域進(jìn)行訪問。如下例所示：
class MyThread : public Tthread
{
…
private:
TCriticalSection pLockX；
int x;
float y;
…
};
void __fastcall MyThread::Execute()
{
…
pLockX－>Acquire();//Here pLockX is a Global CriticalSection variable.
x＋＋;
y=sin(x);
pLockX－>Release();
…
}
這樣，對公共變量x，y的訪問就通過全局TCriticalSection 對象保護(hù)起來，避免了多個(gè)線程同時(shí)訪問的沖突。
4. 多線程間的同步
當(dāng)程序中多個(gè)線程同時(shí)運(yùn)行，難免要遇到使用同一系統(tǒng)資源，或者一個(gè)線程的運(yùn)行要依賴另一個(gè)線程的完成等等，這樣需要在線程間進(jìn)行同步的問題。由于線程同時(shí)運(yùn)行，無法從程序本身來決定運(yùn)行的先后快慢，使得線程的同步看起來很難實(shí)現(xiàn)。所幸的是Windows系統(tǒng)是多任務(wù)操作系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)核為我們提供了事件（Event）、Mutex、信號(hào)燈(semaphore)和計(jì)時(shí)器4種對象來控制線程間的同步。在C＋＋Builder中，為我們提供了用于創(chuàng)建Event的Tevent 對象供我們使用。
當(dāng)程序中一個(gè)線程的運(yùn)行要等待一項(xiàng)特定的操作的完成而不是等待一個(gè)特定的線程完成時(shí)，我們就可以很方便地用Tevent對象來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。首先創(chuàng)建一個(gè)全局的Tevent對象作為所有線程可監(jiān)測的標(biāo)志。當(dāng)一個(gè)線程完成某項(xiàng)特定的操作時(shí)，調(diào)用Tevent對象的SetEvent（）方法，這樣將設(shè)置這個(gè)標(biāo)志，其他的線程可以通過監(jiān)測這個(gè)標(biāo)志獲知操作的完成。相反，要取消這個(gè)標(biāo)志，可以調(diào)用ResetEvent（）方法。在需要等待操作完成的線程中使用WaitFor（）方法，將一直等待這個(gè)標(biāo)志被設(shè)置為止。注意WaitFor（）方法的參數(shù)是等待標(biāo)志設(shè)置的時(shí)間，一般用INFINITE表示無限等待事件的發(fā)生，如果其它線程運(yùn)行有誤，很容易使這個(gè)線程死住（等待一個(gè)永不發(fā)生的事件）。
其實(shí)直接用Windows API函數(shù)也可以很方便地實(shí)現(xiàn)事件（Event）、信號(hào)燈（semaphore）控制技術(shù)。尤其是C＋＋Builder，在調(diào)用Windows API方面有著其它語言無可比擬的優(yōu)勢。所用的函數(shù)主要有：CreateSemaphore（）、CreateEvent（）、WaitForSingleObject（）、ReleaseSemaphore（）、SetEvent（）等等，這里就不贅述了。
本文結(jié)合Inprise（Borland）公司開發(fā)的強(qiáng)大的RAD工具C＋＋Builder的編程，對Windows下的多線程編程作了比較全面的介紹。其實(shí)多線程的實(shí)現(xiàn)并不神秘，看了本文，你也可以編出自己的多線程程序，真正體會(huì)多任務(wù)操作系統(tǒng)的威力。
附：本文是本人在使用C＋＋Builder一年來的一些實(shí)踐體會(huì)。在完成自己的項(xiàng)目的同時(shí)，發(fā)現(xiàn)對多線程的編程一般的書籍都介紹得比較少，而實(shí)際應(yīng)用中，多線程編程又是如此的重要，因此，本文通過對多線程編程比較全面的介紹，愿能達(dá)到拋磚引玉之效。
