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2007年(95)

我的朋友

分类: C/C++

2007-07-29 23:23:33

一、问题的提出

  编写一个耗时的单线程程序:

  新建一个基于对话框的应用程序SingleThread,在主对话框IDD_SINGLETHREAD_DIALOG添加一个按钮,ID为IDC_SLEEP_SIX_SECOND,标题为“延时6秒”,添加按钮的响应函数,代码如下:

void   CSingleThreadDlg::OnSleepSixSecond()
{
    Sleep( 
6000  );   //  延时6秒 

}
 

  编译并运行应用程序,单击“延时6秒”按钮,你就会发现在这6秒期间程序就象“死机”一样,不在响应其它消息。为了更好地处理这种耗时的操作,我们有必要学习——多线程编程。

二、多线程概述

  进程和线程都是操作系统的概念。进程是应用程序的执行实例,每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其它各种系统资源组成,进程在运行过程中创建的资源随着进程的终止而被销毁,所使用的系统资源在进程终止时被释放或关闭。

  线程是进程内部的一个执行单元。系统创建好进程后,实际上就启动执行了该进程的主执行线程,主执行线程以函数地址形式,比如说main或WinMain函数,将程序的启动点提供给Windows系统。主执行线程终止了,进程也就随之终止。

   每一个进程至少有一个主执行线程,它无需由用户去主动创建,是由系统自动创建的。用户根据需要在应用程序中创建其它线程,多个线程并发地运行于同一个进 程中。一个进程中的所有线程都在该进程的虚拟地址空间中,共同使用这些虚拟地址空间、全局变量和系统资源,所以线程间的通讯非常方便,多线程技术的应用也 较为广泛。

  多线程可以实现并行处理,避免了某项任务长时间占用CPU时间。要说明的一点是,目前大多数的计算机都是单处理器 (CPU)的,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,操作系统以轮换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。由此可见,如果两个非常活跃的线程为了抢夺对CPU的控制权,在线程切换时会消耗很多的CPU资源,反而会降低系统的性能。这一点在多线程 编程时应该注意。

  Win32 SDK函数支持进行多线程的程序设计,并提供了操作系统原理中的各种同步、互斥和临界区等操作。Visual C++ 6.0中,使用MFC类库也实现了多线程的程序设计,使得多线程编程更加方便。

三、Win32 API对多线程编程的支持
  Win32 提供了一系列的API函数来完成线程的创建、挂起、恢复、终结以及通信等工作。下面将选取其中的一些重要函数进行说明。

1、HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES  lpThreadAttributes,
                     DWORD                  dwStackSize,
                     LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
                     LPVOID                 lpParameter,
                     DWORD                  dwCreationFlags,
                     LPDWORD                lpThreadId);


  该函数在其调用进程的进程空间里创建一个新的线程,并返回已建线程的句柄,其中各参数说明如下:

  ● lpThreadAttributes:指向一个 SECURITY_ATTRIBUTES 结构的指针,该结构决定了线程的安全属性,一般置为 NULL;
  ● dwStackSize:指定了线程的堆栈深度,一般都设置为0;
  ● lpStartAddress:表示新线程开始执行时代码所在函数的地址,即线程的起始地址。一般情况为(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,ThreadFunc 是线程函数名;
  ● lpParameter:指定了线程执行时传送给线程的32位参数,即线程函数的参数;
   ● dwCreationFlags:控制线程创建的附加标志,可以取两种值。如果该参数为0,线程在被创建后就会立即开始执行;如果该参数为 CREATE_SUSPENDED,则系统产生线程后,该线程处于挂起状态,并不马上执行,直至函数ResumeThread被调用;
  ● lpThreadId:该参数返回所创建线程的ID;

  如果创建成功则返回线程的句柄,否则返回NULL。

2、DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);

  该函数用于挂起指定的线程,如果函数执行成功,则线程的执行被终止。

3、DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);

  该函数用于结束线程的挂起状态,执行线程。

4、VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);

  该函数用于线程终结自身的执行,主要在线程的执行函数中被调用。其中参数dwExitCode用来设置线程的退出码。

5、BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);

  一般情况下,线程运行结束之后,线程函数正常返回,但是应用程序可以调用TerminateThread强行终止某一线程的执行。各参数含义如下:
  hThread:将被终结的线程的句柄;
  
dwExitCode:用于指定线程的退出码。
  使用TerminateThread()终止某个线程的执行是不安全的,可能会引起系统不稳定;虽然该函数立即终止线程的执行,但并不释放线程所占用的资源。因此,一般不建议使用该函数。

6、BOOL PostThreadMessage(DWORD  idThread,
                          UINT   Msg,
                          WPARAM wParam,
                          LPARAM lParam);

  该函数将一条消息放入到指定线程的消息队列中,并且不等到消息被该线程处理时便返回。

  ● idThread:将接收消息的线程的ID;
  
Msg:指定用来发送的消息;
  
wParam:同消息有关的字参数;
  
lParam:同消息有关的长参数;

  调用该函数时,如果即将接收消息的线程没有创建消息循环,则该函数执行失败。

四、Win32 API多线程编程例程

例程1 MultiThread1

   1. 建立一个基于对话框的工程MultiThread1,在对话框IDD_MULTITHREAD1_DIALOG中加入两个按钮和一个编辑框,两个按钮的 ID分别是IDC_START,IDC_STOP ,标题分别为“启动”,“停止”,IDC_STOP的属性选中Disabled;编辑框的ID为IDC_TIME ,属性选中Read-only;   

  2. 在MultiThread1Dlg.h文件中添加线程函数声明:

void ThreadFunc();

  注意,线程函数的声明应在类CMultiThread1Dlg的外部。 在类CMultiThread1Dlg内部添加protected型变量:

HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;

  分别代表线程的句柄和ID。

  3. 在MultiThread1Dlg.cpp文件中添加全局变量m_bRun :

volatile BOOL m_bRun;

  m_bRun 代表线程是否正在运行。

   你要留意到全局变量 m_bRun 是使用 volatile 修饰符的,volatile 修饰符的作用是告诉编译器无需对该变量作任何的优化,即无需将它放到一个寄存器中,并且该值可被外部改变。对于多线程引用的全局变量来说, volatile 是一个非常重要的修饰符。编写线程函数:

void ThreadFunc()
{
    CTime time;
    CString strTime;
    m_bRun
=
TRUE;
    
while
(m_bRun)
    
{
        time
=
CTime::GetCurrentTime();
        strTime
=time.Format("%H:%M:%S"
);
        ::SetDlgItemText(AfxGetMainWnd()
->
m_hWnd,IDC_TIME,strTime);
        Sleep(
1000
);
    }

}

  该线程函数没有参数,也不返回函数值。只要m_bRun为TRUE,线程一直运行。

  双击IDC_START按钮,完成该按钮的消息函数:

void CMultiThread1Dlg::OnStart()
{
    
// TODO: Add your control notification handler code here

    hThread=CreateThread(NULL,
                         
0
,
                         (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,
                         NULL,
                         
0
,
                         
&
ThreadID);
    GetDlgItem(IDC_START)
->
EnableWindow(FALSE);
    GetDlgItem(IDC_STOP)
->
EnableWindow(TRUE);
}

  双击IDC_STOP按钮,完成该按钮的消息函数:

void CMultiThread1Dlg::OnStop()
{
    
// TODO: Add your control notification handler code here

    m_bRun=FALSE;
    GetDlgItem(IDC_START)
->
EnableWindow(TRUE);
    GetDlgItem(IDC_STOP)
->
EnableWindow(FALSE);
}

  编译并运行该例程,体会使用Win32 API编写的多线程。

例程2 MultiThread2

  该线程演示了如何传送一个一个整型的参数到一个线程中,以及如何等待一个线程完成处理。

  1. 建立一个基于对话框的工程MultiThread2,在对话框IDD_MULTITHREAD2_DIALOG中加入一个编辑框和一个按钮,ID分别是IDC_COUNT,IDC_START ,按钮控件的标题为“开始”;

  2. 在MultiThread2Dlg.h文件中添加线程函数声明:

void ThreadFunc(int integer);

  注意,线程函数的声明应在类CMultiThread2Dlg的外部。
  在类CMultiThread2Dlg内部添加protected型变量:

HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;

  分别代表线程的句柄和ID。

  3. 打开ClassWizard,为编辑框IDC_COUNT添加int型变量m_nCount。在MultiThread2Dlg.cpp文件中添加:

void ThreadFunc(int integer)
{
    
int
 i;
    
for(i=0;i<integer;i++
)
    
{
        Beep(
200,50
);
        Sleep(
1000
);
    }

}

  双击IDC_START按钮,完成该按钮的消息函数:

void CMultiThread2Dlg::OnStart()
{
    UpdateData(TRUE);
    
int integer=
m_nCount;
    hThread
=
CreateThread(NULL,
                         
0
,
                         (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,
                         (VOID
*
)integer,
                         
0
,
                         
&
ThreadID);
    GetDlgItem(IDC_START)
->
EnableWindow(FALSE);
    WaitForSingleObject(hThread,INFINITE);
    GetDlgItem(IDC_START)
->
EnableWindow(TRUE);
}

  顺便说一下WaitForSingleObject函数,其函数原型为:
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle,
                          DWORD  dwMilliseconds);

  ● hHandle为要监视的对象(一般为同步对象,也可以是线程)的句柄;
  dwMilliseconds为hHandle对象所设置的超时值,单位为毫秒;

   当在某一线程中调用该函数时,线程暂时挂起,系统监视hHandle所指向的对象的状态。如果在挂起的dwMilliseconds毫秒内,线程所等待 的对象变为有信号状态,则该函数立即返回;如果超时时间已经到达dwMilliseconds毫秒,但hHandle所指向的对象还没有变成有信号状态, 函数照样返回。参数dwMilliseconds有两个具有特殊意义的值:0和INFINITE。若为0,则该函数立即返回;若为 INFINITE,则线程一直被挂起,直到hHandle所指向的对象变为有信号状态时为止。

  本例程调用该函数的作用是按下IDC_START按钮后,一直等到线程返回,再恢复IDC_START按钮正常状态。编译运行该例程并细心体会。

例程3 MultiThread3

  传送一个结构体给一个线程函数也是可能的,可以通过传送一个指向结构体的指针参数来完成。先定义一个结构体:

typedef struct
{
    
int
 firstArgu,
        
long
 secondArgu,
        …
}
myType,*pMyType;

  创建线程时

CreateThread(NULL,0,threadFunc,pMyType,…);

  在threadFunc函数内部,可以使用“强制转换”:

int intValue=((pMyType)lpvoid)->firstArgu;
long longValue=((pMyType)lpvoid)->seconddArgu;
……

  例程3 MultiThread3将演示如何传送一个指向结构体的指针参数。

  1. 建立一个基于对话框的工程MultiThread3,在对话框IDD_MULTITHREAD3_DIALOG中加入一个编辑框IDC_MILLISECOND,一个按钮IDC_START,标题为“开始” ,一个进度条IDC_PROGRESS1;

  2. 打开ClassWizard,为编辑框IDC_MILLISECOND添加int型变量m_nMilliSecond,为进度条IDC_PROGRESS1添加CProgressCtrl型变量m_ctrlProgress;

  3. 在MultiThread3Dlg.h文件中添加一个结构的定义:

struct threadInfo
{
    UINT nMilliSecond;
    CProgressCtrl
*
 pctrlProgress;
}
;

  线程函数的声明:

UINT ThreadFunc(LPVOID lpParam);

  注意,二者应在类CMultiThread3Dlg的外部。

  在类CMultiThread3Dlg内部添加protected型变量:

HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;

  分别代表线程的句柄和ID。

  4. 在MultiThread3Dlg.cpp文件中进行如下操作:

  定义公共变量 threadInfo Info;

  双击按钮IDC_START,添加相应消息处理函数:

void CMultiThread3Dlg::OnStart()
{
    
// TODO: Add your control notification handler code here

    UpdateData(TRUE);
    Info.nMilliSecond
=
m_nMilliSecond;
    Info.pctrlProgress
=&
m_ctrlProgress;
    hThread
=
CreateThread(NULL,
                         
0
,
                         (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc,
                         
&
Info,
                         
0
,
                         
&
ThreadID);
        
/*
        GetDlgItem(IDC_START)->EnableWindow(FALSE);
        WaitForSingleObject(hThread,INFINITE);
        GetDlgItem(IDC_START)->EnableWindow(TRUE);
    
*/

}

  在函数BOOL CMultiThread3Dlg::OnInitDialog()中添加语句:

{
    ……
       
    
// TODO: Add extra initialization here

    m_ctrlProgress.SetRange(0,99);
    m_nMilliSecond
=10
;
    UpdateData(FALSE);
    
return TRUE;  // return TRUE  unless you set the focus to a control

}

  添加线程处理函数:

UINT ThreadFunc(LPVOID lpParam)
{
    threadInfo
* pInfo=(threadInfo*
)lpParam;
    
for(int i=0;i<100;i++
)
    
{
        
int nTemp=pInfo->
nMilliSecond;
        pInfo
->pctrlProgress->
SetPos(i);
        Sleep(nTemp);
    }

    
return 0;
}

   顺便补充一点,如果你在void CMultiThread3Dlg::OnStart() 函数中添加/* */语句,编译运行你就会发现进度条不进行刷新,主线程也停止了反应。什么原因呢?这是因为WaitForSingleObject函数等待子线程 (ThreadFunc)结束时,导致了线程死锁。因为 WaitForSingleObject函数会将主线程挂起(任何消息都得不到处理),而子线程ThreadFunc正在设置进度条,一直在等待主线程将 刷新消息处理完毕返回才会检测通知事件。这样两个线程都在互相等待,死锁发生了,编程时应注意避免。

例程4 MultiThread4

  该例程测试在Windows下最多可创建线程的数目。

  1. 建立一个基于对话框的工程MultiThread4,在对话框IDD_MULTITHREAD4_DIALOG中加入一个按钮IDC_TEST和一个编辑框IDC_COUNT,按钮标题为“测试” , 编辑框属性选中Read-only;

  2. 在MultiThread4Dlg.cpp文件中进行如下操作:

  添加公共变量

volatile BOOL m_bRunFlag=TRUE;

  该变量表示是否还能继续创建线程。

  添加线程函数:

DWORD WINAPI threadFunc(LPVOID threadNum)
{
    
while
(m_bRunFlag)
    
{
        Sleep(
3000
);
    }

    
return 0;
}

  只要 m_bRunFlag 变量为TRUE,线程一直运行。

  双击按钮IDC_TEST,添加其响应消息函数:

void CMultiThread4Dlg::OnTest()
{
    DWORD threadID;
    GetDlgItem(IDC_TEST)
->
EnableWindow(FALSE);
    
long nCount=0
;
    
while
(m_bRunFlag)
    
{
        
if(CreateThread(NULL,0,threadFunc,NULL,0,&threadID)==
NULL)
        
{
            m_bRunFlag
=
FALSE;
            
break
;
        }

        
else
        
{
            nCount
++
;
        }

    }

    
//不断创建线程,直到再不能创建为止
    m_nCount=nCount;
    UpdateData(FALSE);
    Sleep(
5000
);
    
//延时5秒,等待所有创建的线程结束

    GetDlgItem(IDC_TEST)->EnableWindow(TRUE);
    m_bRunFlag
=
TRUE;
}


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