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一、問(wèn)題的提出
編寫一個(gè)耗時(shí)的單線程程序：
新建一個(gè)基于對(duì)話框的應(yīng)用程序SingleThread，在主對(duì)話框IDD_SINGLETHREAD_DIALOG添加一個(gè)按鈕，ID為IDC_SLEEP_SIX_SECOND，標(biāo)題為“延時(shí)6秒”，添加按鈕的響應(yīng)函數(shù)，代碼如下：
void CSingleThreadDlg::OnSleepSixSecond()
{
Sleep(6000); //延時(shí)6秒
}
編譯并運(yùn)行應(yīng)用程序，單擊“延時(shí)6秒”按鈕，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)在這6秒期間程序就象“死機(jī)”一樣，不在響應(yīng)其它消息。為了更好地處理這種耗時(shí)的操作，我們有必要學(xué)習(xí)——多線程編程。
二、多線程概述
進(jìn)程和線程都是操作系統(tǒng)的概念。進(jìn)程是應(yīng)用程序的執(zhí)行實(shí)例，每個(gè)進(jìn)程是由私有的虛擬地址空間、代碼、數(shù)據(jù)和其它各種系統(tǒng)資源組成，進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中創(chuàng)建的資源隨著進(jìn)程的終止而被銷毀，所使用的系統(tǒng)資源在進(jìn)程終止時(shí)被釋放或關(guān)閉。
線程是進(jìn)程內(nèi)部的一個(gè)執(zhí)行單元。系統(tǒng)創(chuàng)建好進(jìn)程后，實(shí)際上就啟動(dòng)執(zhí)行了該進(jìn)程的主執(zhí)行線程，主執(zhí)行線程以函數(shù)地址形式，比如說(shuō)main或WinMain函數(shù)，將程序的啟動(dòng)點(diǎn)提供給Windows系統(tǒng)。主執(zhí)行線程終止了，進(jìn)程也就隨之終止。
每一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)主執(zhí)行線程，它無(wú)需由用戶去主動(dòng)創(chuàng)建，是由系統(tǒng)自動(dòng)創(chuàng)建的。用戶根據(jù)需要在應(yīng)用程序中創(chuàng)建其它線程，多個(gè)線程并發(fā)地運(yùn)行于同一個(gè)進(jìn)程中。一個(gè)進(jìn)程中的所有線程都在該進(jìn)程的虛擬地址空間中，共同使用這些虛擬地址空間、全局變量和系統(tǒng)資源，所以線程間的通訊非常方便，多線程技術(shù)的應(yīng)用也較為廣泛。
多線程可以實(shí)現(xiàn)并行處理，避免了某項(xiàng)任務(wù)長(zhǎng)時(shí)間占用CPU時(shí)間。要說(shuō)明的一點(diǎn)是，目前大多數(shù)的計(jì)算機(jī)都是單處理器（CPU）的，為了運(yùn)行所有這些線程，操作系統(tǒng)為每個(gè)獨(dú)立線程安排一些CPU時(shí)間，操作系統(tǒng)以輪換方式向線程提供時(shí)間片，這就給人一種假象，好象這些線程都在同時(shí)運(yùn)行。由此可見(jiàn)，如果兩個(gè)非常活躍的線程為了搶奪對(duì)CPU的控制權(quán)，在線程切換時(shí)會(huì)消耗很多的CPU資源，反而會(huì)降低系統(tǒng)的性能。這一點(diǎn)在多線程編程時(shí)應(yīng)該注意。
Win32 SDK函數(shù)支持進(jìn)行多線程的程序設(shè)計(jì)，并提供了操作系統(tǒng)原理中的各種同步、互斥和臨界區(qū)等操作。Visual C++ 6.0中，使用MFC類庫(kù)也實(shí)現(xiàn)了多線程的程序設(shè)計(jì)，使得多線程編程更加方便。
三、Win32 API對(duì)多線程編程的支持
Win32 提供了一系列的API函數(shù)來(lái)完成線程的創(chuàng)建、掛起、恢復(fù)、終結(jié)以及通信等工作。下面將選取其中的一些重要函數(shù)進(jìn)行說(shuō)明。
1、HANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
DWORD dwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
LPVOID lpParameter,
DWORD dwCreationFlags,
LPDWORD lpThreadId);
該函數(shù)在其調(diào)用進(jìn)程的進(jìn)程空間里創(chuàng)建一個(gè)新的線程，并返回已建線程的句柄，其中各參數(shù)說(shuō)明如下：
- lpThreadAttributes：指向一個(gè) SECURITY_ATTRIBUTES 結(jié)構(gòu)的指針，該結(jié)構(gòu)決定了線程的安全屬性，一般置為 NULL；
- dwStackSize：指定了線程的堆棧深度，一般都設(shè)置為0；
- lpStartAddress：表示新線程開(kāi)始執(zhí)行時(shí)代碼所在函數(shù)的地址，即線程的起始地址。一般情況為(LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadFunc，ThreadFunc 是線程函數(shù)名；
- lpParameter：指定了線程執(zhí)行時(shí)傳送給線程的32位參數(shù)，即線程函數(shù)的參數(shù)；
- dwCreationFlags：控制線程創(chuàng)建的附加標(biāo)志，可以取兩種值。如果該參數(shù)為0，線程在被創(chuàng)建后就會(huì)立即開(kāi)始執(zhí)行；如果該參數(shù)為CREATE_SUSPENDED,則系統(tǒng)產(chǎn)生線程后，該線程處于掛起狀態(tài)，并不馬上執(zhí)行，直至函數(shù)ResumeThread被調(diào)用；
- lpThreadId：該參數(shù)返回所創(chuàng)建線程的ID；
如果創(chuàng)建成功則返回線程的句柄，否則返回NULL。
2、DWORD SuspendThread(HANDLE hThread);
該函數(shù)用于掛起指定的線程，如果函數(shù)執(zhí)行成功，則線程的執(zhí)行被終止。
3、DWORD ResumeThread(HANDLE hThread);
該函數(shù)用于結(jié)束線程的掛起狀態(tài)，執(zhí)行線程。
4、VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);
該函數(shù)用于線程終結(jié)自身的執(zhí)行，主要在線程的執(zhí)行函數(shù)中被調(diào)用。其中參數(shù)dwExitCode用來(lái)設(shè)置線程的退出碼。
5、BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);
一般情況下，線程運(yùn)行結(jié)束之后，線程函數(shù)正常返回，但是應(yīng)用程序可以調(diào)用TerminateThread強(qiáng)行終止某一線程的執(zhí)行。各參數(shù)含義如下：
- hThread：將被終結(jié)的線程的句柄；
- dwExitCode：用于指定線程的退出碼。
使用TerminateThread()終止某個(gè)線程的執(zhí)行是不安全的，可能會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定；雖然該函數(shù)立即終止線程的執(zhí)行，但并不釋放線程所占用的資源。因此，一般不建議使用該函數(shù)。
6、BOOL PostThreadMessage(DWORD idThread,
UINT Msg,
WPARAM wParam,
LPARAM lParam);
該函數(shù)將一條消息放入到指定線程的消息隊(duì)列中，并且不等到消息被該線程處理時(shí)便返回。
- idThread：將接收消息的線程的ID；
- Msg：指定用來(lái)發(fā)送的消息；
- wParam：同消息有關(guān)的字參數(shù)；
- lParam：同消息有關(guān)的長(zhǎng)參數(shù)；
調(diào)用該函數(shù)時(shí)，如果即將接收消息的線程沒(méi)有創(chuàng)建消息循環(huán)，則該函數(shù)執(zhí)行失敗。
四、Win32 API多線程編程例程
例程1 MultiThread1
- 建立一個(gè)基于對(duì)話框的工程MultiThread1，在對(duì)話框IDD_MULTITHREAD1_DIALOG中加入兩個(gè)按鈕和一個(gè)編輯框，兩個(gè)按鈕的ID分別是IDC_START，IDC_STOP ，標(biāo)題分別為“啟動(dòng)”，“停止”，IDC_STOP的屬性選中Disabled；編輯框的ID為IDC_TIME ，屬性選中Read-only；
- 在MultiThread1Dlg.h文件中添加線程函數(shù)聲明：
void ThreadFunc();
注意，線程函數(shù)的聲明應(yīng)在類CMultiThread1Dlg的外部。 在類CMultiThread1Dlg內(nèi)部添加protected型變量：
HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;
分別代表線程的句柄和ID。
- 在MultiThread1Dlg.cpp文件中添加全局變量m_bRun ：
volatile BOOL m_bRun;
m_bRun 代表線程是否正在運(yùn)行。
你要留意到全局變量 m_bRun 是使用 volatile 修飾符的，volatile 修飾符的作用是告訴編譯器無(wú)需對(duì)該變量作任何的優(yōu)化，即無(wú)需將它放到一個(gè)寄存器中，并且該值可被外部改變。對(duì)于多線程引用的全局變量來(lái)說(shuō)，volatile 是一個(gè)非常重要的修飾符。
編寫線程函數(shù)：
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);
}
}
該線程函數(shù)沒(méi)有參數(shù)，也不返回函數(shù)值。只要m_bRun為TRUE，線程一直運(yùn)行。
雙擊IDC_START按鈕，完成該按鈕的消息函數(shù)：
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);
}
雙擊IDC_STOP按鈕，完成該按鈕的消息函數(shù)：
void CMultiThread1Dlg::OnStop()
{
// TODO: Add your control notification handler code here
m_bRun=FALSE;
GetDlgItem(IDC_START)->EnableWindow(TRUE);
GetDlgItem(IDC_STOP)->EnableWindow(FALSE);
}
編譯并運(yùn)行該例程，體會(huì)使用Win32 API編寫的多線程。
例程2 MultiThread2
該線程演示了如何傳送一個(gè)一個(gè)整型的參數(shù)到一個(gè)線程中，以及如何等待一個(gè)線程完成處理。
- 建立一個(gè)基于對(duì)話框的工程MultiThread2，在對(duì)話框IDD_MULTITHREAD2_DIALOG中加入一個(gè)編輯框和一個(gè)按鈕，ID分別是IDC_COUNT，IDC_START ，按鈕控件的標(biāo)題為“開(kāi)始”；
- 在MultiThread2Dlg.h文件中添加線程函數(shù)聲明：
void ThreadFunc(int integer);
注意，線程函數(shù)的聲明應(yīng)在類CMultiThread2Dlg的外部。
在類CMultiThread2Dlg內(nèi)部添加protected型變量:
HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;
分別代表線程的句柄和ID。
- 打開(kāi)ClassWizard，為編輯框IDC_COUNT添加int型變量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);
}
}
雙擊IDC_START按鈕，完成該按鈕的消息函數(shù)：
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);
}
順便說(shuō)一下WaitForSingleObject函數(shù)，其函數(shù)原型為：
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle,DWORD dwMilliseconds);
- hHandle為要監(jiān)視的對(duì)象（一般為同步對(duì)象，也可以是線程）的句柄；
- dwMilliseconds為hHandle對(duì)象所設(shè)置的超時(shí)值，單位為毫秒；
當(dāng)在某一線程中調(diào)用該函數(shù)時(shí)，線程暫時(shí)掛起，系統(tǒng)監(jiān)視hHandle所指向的對(duì)象的狀態(tài)。如果在掛起的dwMilliseconds毫秒內(nèi)，線程所等待的對(duì)象變?yōu)橛行盘?hào)狀態(tài)，則該函數(shù)立即返回；如果超時(shí)時(shí)間已經(jīng)到達(dá)dwMilliseconds毫秒，但hHandle所指向的對(duì)象還沒(méi)有變成有信號(hào)狀態(tài)，函數(shù)照樣返回。參數(shù)dwMilliseconds有兩個(gè)具有特殊意義的值：0和INFINITE。若為0，則該函數(shù)立即返回；若為INFINITE，則線程一直被掛起，直到hHandle所指向的對(duì)象變?yōu)橛行盘?hào)狀態(tài)時(shí)為止。
本例程調(diào)用該函數(shù)的作用是按下IDC_START按鈕后，一直等到線程返回，再恢復(fù)IDC_START按鈕正常狀態(tài)。編譯運(yùn)行該例程并細(xì)心體會(huì)。
例程3 MultiThread3
傳送一個(gè)結(jié)構(gòu)體給一個(gè)線程函數(shù)也是可能的，可以通過(guò)傳送一個(gè)指向結(jié)構(gòu)體的指針參數(shù)來(lái)完成。先定義一個(gè)結(jié)構(gòu)體：
typedef struct
{
int firstArgu,
long secondArgu,
…
}myType,*pMyType;
創(chuàng)建線程時(shí)
CreateThread(NULL,0,threadFunc,pMyType,…);
在threadFunc函數(shù)內(nèi)部，可以使用“強(qiáng)制轉(zhuǎn)換”：
int intValue=((pMyType)lpvoid)->firstArgu;
long longValue=((pMyType)lpvoid)->seconddArgu;
……
例程3 MultiThread3將演示如何傳送一個(gè)指向結(jié)構(gòu)體的指針參數(shù)。
- 建立一個(gè)基于對(duì)話框的工程MultiThread3，在對(duì)話框IDD_MULTITHREAD3_DIALOG中加入一個(gè)編輯框IDC_MILLISECOND，一個(gè)按鈕IDC_START，標(biāo)題為“開(kāi)始” ，一個(gè)進(jìn)度條IDC_PROGRESS1；
- 打開(kāi)ClassWizard，為編輯框IDC_MILLISECOND添加int型變量m_nMilliSecond，為進(jìn)度條IDC_PROGRESS1添加CProgressCtrl型變量m_ctrlProgress；
- 在MultiThread3Dlg.h文件中添加一個(gè)結(jié)構(gòu)的定義：
struct threadInfo
{
UINT nMilliSecond;
CProgressCtrl* pctrlProgress;
};
線程函數(shù)的聲明：
UINT ThreadFunc(LPVOID lpParam);
注意，二者應(yīng)在類CMultiThread3Dlg的外部。
在類CMultiThread3Dlg內(nèi)部添加protected型變量:
HANDLE hThread;
DWORD ThreadID;
分別代表線程的句柄和ID。
- 在MultiThread3Dlg.cpp文件中進(jìn)行如下操作：
定義公共變量 threadInfo Info；
雙擊按鈕IDC_START，添加相應(yīng)消息處理函數(shù)：
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);
*/
}
在函數(shù)BOOL CMultiThread3Dlg::OnInitDialog()中添加語(yǔ)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
}
添加線程處理函數(shù)：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;
}
順便補(bǔ)充一點(diǎn)，如果你在void CMultiThread3Dlg::OnStart() 函數(shù)中添加/* */語(yǔ)句，編譯運(yùn)行你就會(huì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)度條不進(jìn)行刷新，主線程也停止了反應(yīng)。什么原因呢？這是因?yàn)閃aitForSingleObject函數(shù)等待子線程（ThreadFunc）結(jié)束時(shí)，導(dǎo)致了線程死鎖。因?yàn)閃aitForSingleObject函數(shù)會(huì)將主線程掛起（任何消息都得不到處理），而子線程ThreadFunc正在設(shè)置進(jìn)度條，一直在等待主線程將刷新消息處理完畢返回才會(huì)檢測(cè)通知事件。這樣兩個(gè)線程都在互相等待，死鎖發(fā)生了，編程時(shí)應(yīng)注意避免。
例程4 MultiThread4
該例程測(cè)試在Windows下最多可創(chuàng)建線程的數(shù)目。
- 建立一個(gè)基于對(duì)話框的工程MultiThread4，在對(duì)話框IDD_MULTITHREAD4_DIALOG中加入一個(gè)按鈕IDC_TEST和一個(gè)編輯框IDC_COUNT，按鈕標(biāo)題為“測(cè)試” ， 編輯框?qū)傩赃x中Read-only；
- 在MultiThread4Dlg.cpp文件中進(jìn)行如下操作：
添加公共變量
volatile BOOL m_bRunFlag=TRUE;
該變量表示是否還能繼續(xù)創(chuàng)建線程。
添加線程函數(shù)：
DWORD WINAPI threadFunc(LPVOID threadNum)
{
while(m_bRunFlag)
{
Sleep(3000);
}
return 0;
}
只要 m_bRunFlag 變量為TRUE，線程一直運(yùn)行。
雙擊按鈕IDC_TEST，添加其響應(yīng)消息函數(shù)：
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++;
}
}
//不斷創(chuàng)建線程，直到再不能創(chuàng)建為止
m_nCount=nCount;
UpdateData(FALSE);
Sleep(5000);
//延時(shí)5秒，等待所有創(chuàng)建的線程結(jié)束
GetDlgItem(IDC_TEST)->EnableWindow(TRUE);
m_bRunFlag=TRUE;
}