Delphi中的線程類--之（1）
Delphi中的線程類--之（1） Raptor（原作）
關鍵字 Thread Event CriticalSection Synchronize
Delphi中的線程類
猛禽[Mental Studio]
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（ 之一）
Delphi中有一個線程類TThread是用來實現多線程編程的，這個絕大多數Delphi書藉都有說到，但基本上都是對TThread類的幾個成員作一簡單介紹，再說明一下Execute的實現和Synchronize的用法就完了。然而這並不是多線程編程的全部，我寫此文的目的在於對此作一個補充。
線程本質上是進程中一段並發運行的代碼。一個進程至少有一個線程，即所謂的主線程。同時還可以有多個子線程。當一個進程中用到超過一個線程時，就是所謂的“多線程”。
那麼這個所謂的“一段代碼”是如何定義的呢？其實就是一個函數或過程（對Delphi而言）。
如果用Windows API來創建線程的話，是通過一個叫做CreateThread的API函數來實現的，它的定義為：
HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
DWord dwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
LPVOID lpParameter,
DWord dwCreationFlags,
LPDWord lpThreadId
);
其各參數如它們的名稱所說，分別是：線程屬性（用於在NT下進行線程的安全屬性設置，在9X下無效），堆棧大小，起始地址，參數，創建標志（用於設置線程創建時的狀態），線程ID，最後返回線程Handle。其中的起始地址就是線程函數的入口，直至線程函數結束，線程也就結束了。
整個線程的執行過程如下圖：
<?XML:namespace prefix = v ns = "urn:schemas-microsoft-com:vml" />
因為CreateThread參數很多，而且是Windows的API，所以在C Runtime Library裡提供了一個通用的線程函數（理論上可以在任何支持線程的OS中使用）：
unsigned long _beginthread(void (_USERENTRY *__start)(void *), unsigned __stksize, void *__arg);
Delphi也提供了一個相同功能的類似函數：
function BeginThread(SecurityAttributes: Pointer; StackSize: LongWord; ThreadFunc: TThreadFunc; Parameter: Pointer; CreationFlags: LongWord; var ThreadId: LongWord): Integer;
這三個函數的功能是基本相同的，它們都是將線程函數中的代碼放到一個獨立的線程中執行。線程函數與一般函數的最大不同在於，線程函數一啟動，這三個線程啟動函數就返回了，主線程繼續向下執行，而線程函數在一個獨立的線程中執行，它要執行多久，什麼時候返回，主線程是不管也不知道的。
正常情況下，線程函數返回後，線程就終止了。但也有其它方式：
Windows API：
VOID ExitThread( DWord dwExitCode );
C Runtime Library：
void _endthread(void);
Delphi Runtime Library：
procedure EndThread(ExitCode: Integer);
為了記錄一些必要的線程數據（狀態/屬性等），OS會為線程創建一個內部Object，如在Windows中那個Handle便是這個內部Object的Handle，所以在線程結束的時候還應該釋放這個Object。
雖然說用API或RTL(Runtime Library)已經可以很方便地進行多線程編程了，但是還是需要進行較多的細節處理，為此Delphi在Classes單元中對線程作了一個較好的封裝，這就是VCL的線程類：TThread
使用這個類也很簡單，大多數的Delphi書籍都有說，基本用法是：先從TThread派生一個自己的線程類（因為TThread是一個抽象類，不能生成實例），然後是Override抽象方法：Execute（這就是線程函數，也就是在線程中執行的代碼部分），如果需要用到可視VCL對象，還需要通過Synchronize過程進行。關於之方面的具體細節，這裡不再贅述，請參考相關書籍。
本文接下來要討論的是TThread類是如何對線程進行封裝的，也就是深入研究一下TThread類的實現。因為只是真正地了解了它，才更好地使用它。
下面是Delphi7中TThread類的聲明（本文只討論在Windows平台下的實現，所以去掉了所有有關Linux平台部分的代碼）：
TThread = class
private
FHandle: THandle;
FThreadID: THandle;
FCreateSuspended: Boolean;
FTerminated: Boolean;
FSuspended: Boolean;
FFreeOnTerminate: Boolean;
FFinished: Boolean;
FReturnValue: Integer;
FOnTerminate: TNotifyEvent;
FSynchronize: TSynchronizeRecord;
FFatalException: TObject;
procedure CallOnTerminate;
class procedure Synchronize(ASyncRec: PSynchronizeRecord); overload;
function GetPriority: TThreadPriority;
procedure SetPriority(Value: TThreadPriority);
procedure SetSuspended(Value: Boolean);
protected
procedure CheckThreadError(ErrCode: Integer); overload;
procedure CheckThreadError(Success: Boolean); overload;
procedure DoTerminate; virtual;
procedure Execute; virtual; abstract;
procedure Synchronize(Method: TThreadMethod); overload;
property ReturnValue: Integer read FReturnValue write FReturnValue;
property Terminated: Boolean read FTerminated;
public
constructor Create(CreateSuspended: Boolean);
destructor Destroy; override;
procedure AfterConstruction; override;
procedure Resume;
procedure Suspend;
procedure Terminate;
function WaitFor: LongWord;
class procedure Synchronize(AThread: TThread; AMethod: TThreadMethod); overload;
class procedure StaticSynchronize(AThread: TThread; AMethod: TThreadMethod);
property FatalException: TObject read FFatalException;
property FreeOnTerminate: Boolean read FFreeOnTerminate write FFreeOnTerminate;
property Handle: THandle read FHandle;
property Priority: TThreadPriority read GetPriority write SetPriority;
property Suspended: Boolean read FSuspended write SetSuspended;
property ThreadID: THandle read FThreadID;
property OnTerminate: TNotifyEvent read FOnTerminate write FOnTerminate;
end;
TThread類在Delphi的RTL裡算是比較簡單的類，類成員也不多，類屬性都很簡單明白，本文將只對幾個比較重要的類成員方法和唯一的事件：OnTerminate作詳細分析。
（待續）
Delphi中的線程類--之（2）
Delphi中的線程類--之（2） Raptor（原作）
關鍵字 Thread Event CriticalSection Synchronize
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之二
首先就是構造函數：
constructor TThread.Create(CreateSuspended: Boolean);
begin
inherited Create;
AddThread;
FSuspended := CreateSuspended;
FCreateSuspended := CreateSuspended;
FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID);
if FHandle = 0 then
raise EThread.CreateResFmt(@SThreadCreateError, [SysErrorMessage(GetLastError)]);
end;
雖然這個構造函數沒有多少代碼，但卻可以算是最重要的一個成員，因為線程就是在這裡被創建的。
在通過Inherited調用TObject.Create後，第一句就是調用一個過程：AddThread，其源碼如下：
procedure AddThread;
begin
InterlockedIncrement(ThreadCount);
end;
同樣有一個對應的RemoveThread：
procedure RemoveThread;
begin
InterlockedDecrement(ThreadCount);
end;
它們的功能很簡單，就是通過增減一個全局變量來統計進程中的線程數。只是這裡用於增減變量的並不是常用的Inc/Dec過程，而是用了InterlockedIncrement/InterlockedDecrement這一對過程，它們實現的功能完全一樣，都是對變量加一或減一。但它們有一個最大的區別，那就是InterlockedIncrement/InterlockedDecrement是線程安全的。即它們在多線程下能保證執行結果正確，而Inc/Dec不能。或者按操作系統理論中的術語來說，這是一對“原語”操作。
以加一為例來說明二者實現細節上的不同：
一般來說，對內存數據加一的操作分解以後有三個步驟：
1、 從內存中讀出數據
2、 數據加一
3、 存入內存
現在假設在一個兩個線程的應用中用Inc進行加一操作可能出現的一種情況：
1、 線程A從內存中讀出數據（假設為3）
2、 線程B從內存中讀出數據（也是3）
3、 線程A對數據加一（現在是4）
4、 線程B對數據加一（現在也是4）
5、 線程A將數據存入內存（現在內存中的數據是4）
6、 線程B也將數據存入內存（現在內存中的數據還是4，但兩個線程都對它加了一，應該是5才對，所以這裡出現了錯誤的結果）
而用InterlockIncrement過程則沒有這個問題，因為所謂“原語”是一種不可中斷的操作，即操作系統能保證在一個“原語”執行完畢前不會進行線程切換。所以在上面那個例子中，只有當線程A執行完將數據存入內存後，線程B才可以開始從中取數並進行加一操作，這樣就保證了即使是在多線程情況下，結果也一定會是正確的。
前面那個例子也說明一種“線程訪問沖突”的情況，這也就是為什麼線程之間需要“同步”（Synchronize），關於這個，在後面說到同步時還會再詳細討論。
說到同步，有一個題外話：加拿大滑鐵盧大學的教授李明曾就Synchronize一詞在“線程同步”中被譯作“同步”提出過異議，個人認為他說的其實很有道理。在中文中“同步”的意思是“同時發生”，而“線程同步”目的就是避免這種“同時發生”的事情。而在英文中，Synchronize的意思有兩個：一個是傳統意義上的同步（To occur at the same time），另一個是“協調一致”（To Operate in unison）。在“線程同步”中的Synchronize一詞應該是指後面一種意思，即“保證多個線程在訪問同一數據時，保持協調一致，避免出錯”。不過像這樣譯得不准的詞在IT業還有很多，既然已經是約定俗成了，本文也將繼續沿用，只是在這裡說明一下，因為軟件開發是一項細致的工作，該弄清楚的，絕不能含糊。
扯遠了，回到TThread的構造函數上，接下來最重要就是這句了：
FHandle := BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), CREATE_SUSPENDED, FThreadID);
這裡就用到了前面說到的Delphi RTL函數BeginThread，它有很多參數，關鍵的是第三、四兩個參數。第三個參數就是前面說到的線程函數，即在線程中執行的代碼部分。第四個參數則是傳遞給線程函數的參數，在這裡就是創建的線程對象（即Self）。其它的參數中，第五個是用於設置線程在創建後即掛起，不立即執行（啟動線程的工作是在AfterConstruction中根據CreateSuspended標志來決定的），第六個是返回線程ID。
現在來看TThread的核心：線程函數ThreadProc。有意思的是這個線程類的核心卻不是線程的成員，而是一個全局函數（因為BeginThread過程的參數約定只能用全局函數）。下面是它的代碼：
function ThreadProc(Thread: TThread): Integer;
var
FreeThread: Boolean;
begin
try
if not Thread.Terminated then
try
Thread.Execute;
except
Thread.FFatalException := AcquireExceptionObject;
end;
finally
FreeThread := Thread.FFreeOnTerminate;
Result := Thread.FReturnValue;
Thread.DoTerminate;
Thread.FFinished := True;
SignalSyncEvent;
if FreeThread then Thread.Free;
EndThread(Result);
end;
end;
雖然也沒有多少代碼，但卻是整個TThread中最重要的部分，因為這段代碼是真正在線程中執行的代碼。下面對代碼作逐行說明：
首先判斷線程類的Terminated標志，如果未被標志為終止，則調用線程類的Execute點這裡查看更多Delphi教程
