Новые книги
 Автор этой книги, Ю. Н. Волщуков, более 20 лет занимается управленческой деятельностью, разрабатывая системы автоматизации для различных российских и иностранных производственных и торговых предприятий. Научная и преподавательская работа позволяет ему максимально эффективно и понятно систематизировать опыт, вырабатывать практические подходы, регламенты, последовательность действий, оптимальные для руководства проектами. Личные успехи стали технологией, овладеть которой может каждый.Эта книга необходима всем, кто: – Только начинает карьеру руководителя фирмы, топ-менеджера или управленца. – Имеет опыт в управлении, но хочет сократить сроки, затраты и количество сотрудников, необходимых для реализации проекта. – Стремится увеличить количество бизнес-проектов в одной или нескольких сферах. – Хочет больше отдыхать и меньше работать. Автоматизировать бизнес-процессы до уровня минимального вмешательства – только в особо сложных и ответственных точках контроля проектом. |
 Майя Богданова – журналист, редактор, пиарщик, контент-технолог. Проще говоря, человек-текст.Эта книга расскажет о том, как создавать тексты, с одной стороны посвященные вашему бизнесу, а с другой – завораживающие клиентов не хуже, чем истории Шахерезады. |
Глава 3. Использование потоков в приложениях Windows
- Общий обзор потоков
- Инициализация потоков
- Использование главного VСL-потока
- Координация потоков
- Синхронизация потоков
- Запуск и остановка потоков
- Использование потоков в распределенных приложениях
- обхода медленных процессов. Когда используется только один поток, приложение может приостановить свое выполнение на то время, пока им завершается какой-либо медленный процесс (доступ к диску, связь с другим компьютером по сети и т. д.). Центральный процессор компьютера в данный момент находится в режиме ожидания и практически не выполняет никаких команд. С использованием многопоточности ваше приложение может продолжать выполнение других потоков, пока один из потоков ожидает завершение медленного процесса;
- организации поведения приложения. Благодаря использованию потоков, вы можете организовать выполнение частей приложения так, как вам захочется. Например, вы можете для каждой задачи приложения (если каждой задаче выделен свой поток) распределить приоритеты выполнения. Таким образом, задача, имеющая наибольший приоритет, будет занимать больше процессорного времени, что очень важно для решения критических задач;
- поддержки мультипроцессорной обработки. Если в компьютере, на котором запущено многопоточное приложение, имеется несколько процессоров, то можно значительно увеличить скорость выполнения вашего приложения, направляя на каждый процессор свой поток.
Примечание
Не все операционные системы по-настоящему поддерживают многопоточность, даже при условии, что она (многопоточность) поддерживается оборудованием. К таким операционным системам относится, например, Windows 95. Данная операционная система может только имитировать (эмулировать) многопоточность.
Общий обзор потоков
Поток (Thread) - это объект операционной системы, заключенный в процесс и реализующий какую-либо задачу. Каждое приложение (процесс) Win32 имеет по крайней мере один поток, который называется главным (основным, стандартным). Каждый процесс может содержать несколько потоков.
Примечание
Так как применение потоков возможно только для 32-разрядных приложений, в 16-разрядной операционной системе приложения, использующие потоки, работать не будут.
Возможность введения многопоточности появилось с приходом вытесняющей многозадачности. В ранних, 16-разрядных версиях Windows использовалась кооперативная многозадачность.
Кооперативная многозадачность - поддержка "параллельной" работы нескольких приложений операционной системы, при которой передача управления операционной системе происходит от приложения. Данный вид многозадачности оказался весьма неэффективным. В случае "зависания" одного приложения, "зависала" вся система.
Вытесняющая многозадачность - вид многозадачности, когда управления потоками возложено полностью на операционную систему. Операционная система распределяет процессорное время для каждого потока в зависимости от его приоритетов. При этом, если зависает один из потоков, операционная система продолжает выделять процессорное время для выполнения других потоков.
В большинстве приложений вы можете использовать объект потока, который позволяет вам использовать потоки в ваших приложениях. Объекты потоков инкапсулируют в себе основные свойства и методы, необходимые для написания многопоточных приложений.
Итак, любой поток - это объект, получающий определенное процессорное время. Всякое приложение Windows является процессом операционной системы. Каждый процесс состоит хотя бы из одного потока, который называется главным. Вообще, Windows не ограничивает число потоков для каждого процесса.
Примечание
Объекты потоков не позволяют вам управлять атрибутами безопасности или размером стека ваших потоков. Для того чтобы контролировать их, вам необходимо использовать функцию BeginThread, которая рассматривается далее.
Для того чтобы использовать объекты потоков в вашем приложении, вам нужно создать потомок класса TThread.
Класс TThread был создан для облегчения написания приложений с несколькими потоками. Он гарантирует совместимость при работе с библиотекой визуальных компонентов (VCL) Delphi.
Вообще, при создании многопоточных приложений необходимо следовать приведенным ниже рекомендациям:
- остерегайтесь создавать слишком много потоков - это может привести к большой загруженности операционной системы и процессора. Рекомендуемое ограничение числа активных потоков в одном процессе - 16 (для однопроцессорной системы);
- используйте синхронизацию в случае, когда несколько потоков пытаются получить доступ к одному ресурсу;
- большинство методов, которые обращаются к объектам VCL и изменяют содержимое формы, должны вызываться из главного VCL-потока или использовать объект синхронизации, такой как TMultiReadExclusive-WriteSynchronizer.
Определение объекта TThread находится в модуле classes и имеет следующий вид (листинг 1.19):
Листинг 1.19
TThread = class private
FHandle: THandle; FThreadID: THandle; FTerminated: Boolean; FSuspended: Boolean; FFreeOnTerminate: Boolean; FFinished: Boolean; FReturnValue: Integer; FOnTerminate: TNotifyEvent; Method: TThreadMethod; FSynchronizeException: TObject; procedure CallOnTerminate; function GetPriority: TThreadPriority; procedure SetPriority(Value: TThreadPriority); procedure SetSuspended(Value: Boolean); protected
procedure DoTerminate; virtual;
procedure Execute; virtual; abstract;
procedure Synchronize(Method: TThreadMethod);
property ReturnValue: Integer read FReturnValue write FReturnValue;
property Terminated: Boolean read FTerminated;
public
constructor Create(CreateSuspended: Boolean);
destructor Destroy; override;
procedure Resume;
procedure Suspend;
procedure Terminate;
function WaitFor: LongWord;
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 FQnTerminate; end;
Из вышеприведенного листинга можно определить, что объект TThread является прямым потомком объекта TObject, следовательно, он не является визуальным компонентом. Его метод Execute - абстрактный, а значит, сам объект TThread тоже является абстрактным, и вы не сможете создать экземпляр этого класса. Таким образом, вам придется определять классы-потомки данного класса для работы с потоками.
Для создания потомка класса TThread выберите в главном меню Delphi команду File/New (Файл/Новый), затем в появившемся окне (рис. 1.25) щелкните на Thread Object (Объект потока).
В открывшемся диалоговом окне напишите имя для вашего нового объекта потока. После всего этого Delphi создаст новый модуль и в окне редактора кода появится новая вкладка.
Рис. 1.25. Добавление объекта потока в проект с помощью диалогового окна New Items
Примечание
В отличие от большинства диалоговых окон IDE, которые требуют ввода имени класса, диалоговое окно создания нового объекта потока не добавляет автоматически букву "Т" перед названием вашего класса. Поэтому желательно самостоятельно правильно называть новые потоки, например TMyThread.
Если вы проделали все вышеописанное и назвали новый объект потока TMyThread, то в новом модуле, сгенерированном Delphi, вы можете увидеть код - заготовку для вашего нового объекта потока (листинг 1.20).
Листинг 1.20
unit Unit2;
interface
uses
Classes; type
TMyThread = class(TThread)
private
{ Private declarations }
protected
procedure Execute; override;
end;
implementation { TMyThread }
procedure TMyThread.Execute;
begin
{ Place thread code here } end;
end.
В автоматически сгенерированном файле модуля вы можете: - инициализировать поток;
- заполнить метод Execute объекта потока, разместив там функции и процедуры;
- написать код гарантированного разрушения потока (например, строку FreeOnTerminate:=True;).
Инициализация потоков
Если хотите написать код инициализации для вашего нового объекта потока, вам необходимо добавить новый конструктор в описание вашего нового класса потока, после чего вы можете добавлять код инициализации вместо
кода реализации класса. Здесь вы можете также указать, какой приоритет вы устанавливаете для данного потока, как должен вести себя данный поток по завершении своей работы.
Приоритеты потоков
Приоритеты указывают операционной системе, сколько процессорного времени выделяется для данного потока. Для критических задач можно установить наивысший приоритет, для менее значимых - более низкий приоритет.
Приоритет каждого потока складывается из двух составляющих: - класса приоритета - приоритета процесса, породившего поток; - относительного приоритета - приоритета самого потока.
Класс приоритета процесса может принимать одно из четырех значений: Idle, Normal, High и Realtime, которые выражаются числовыми значениями от 4 до 24. По умолчанию, любое приложение получает приоритет Normal. В табл. 1.2 представлены классы приоритетов процессов. Таблица 1.2. Классы приоритетов процессов
|
Значение класса |
Приоритет |
Числовое значение |
||
|
Idle |
Низший приоритет для выполнения фоновых задач |
4 |
||
|
Normal |
Стандартный приоритет, который имеют большинство приложений Windows |
7-9 |
||
|
High |
Приоритет высокого уровня, приложение получает больше процессорного времени, чем имеющее класс Normal |
13 |
||
|
Reaitime |
Наивысший уровень приоритета |
24 |
||
Примечание
При работе приложения под Windows NT изменение класса приоритета приложения требует специальных привилегий для процесса. Вы можете присвоить процессам определенные классы приоритетов, но они могут быть отключены системным администратором.
Для определения текущего и установки требуемого класса приоритета используются функции GetPrioriryClass И SetPriorityClass соответственно.
Для установки высокого класса приоритета (High) для вашего приложения можно, например, использовать следующий код:
If not SetPriorityClass(GetCurrentProcess, HIGH_PRIORITY_CLASS) then ShowMessage ('Ошибка установки класса приоритета');
Примечание
Старайтесь по возможности избегать установки классов приоритетов High и Realtime, т. к. поток вашего приложения может получить больше процессорного времени, чем сама операционная система, что может привести к серьезным проблемам.
Для установки значения относительного приоритета у потоков имеется свойство Priority. Данное свойство может принимать семь значений. Используется как бы шкала значений приоритетов от самого низкого до наивысшего. Значения приоритетов потоков представлены в табл. 1.3.
Таблица 1.3. Приоритеты потоков
|
Значение относительного приоритета |
Приоритет |
Числовое значение |
||
|
TpIdle |
Данный поток выполняется, когда система не занята и не выполняются никакие другие потоки. Windows не будет прекращать работу других потоков для выполнения потока, имеющего приоритет
tpldle |
-15 |
||
|
TpLowest |
Низший приоритет выполнения. Данный поток занимает минимум процессорного времени |
-2 |
||
|
ТрLower |
Низкий приоритет. Данный поток занимает немного больше процессорного времени, чем имеющий приоритет tpLowest |
-1 |
||
|
TpNormal |
Нормальный приоритет. Все потоки по умолчанию имеют приоритет tpNormal |
0 |
||
|
TpHigher |
Высокий приоритет. Данный поток имеет приоритет выше нормального |
1 |
||
|
TpHighest |
Высший приоритет. Данный поток имеет приоритет выше, чем tpHigher |
2 |
||
|
TpTimeCritical |
Наивысший приоритет. Поток с данным приоритетом занимает максимум процессорного времени |
15 |
||
Примечание
Использование высших и наивысших приоритетов может привести к замедлению работы других потоков. Применение данных видов приоритетов целесообразно использовать в случае, когда возникает острая необходимость скорейшего выполнения одного из процессов.
Приведенный ниже пример показывает конструктор потока с самым низшим приоритетом, предназначенным для решения фоновых задач, которые не должны влиять на выполнение основных процессов:
constructor TMyThread.Create(CreateSuspended: Boolean);
{
inheritedCreate(CreateSuspended);
Priority := tpldle;
}
Поведение потока при завершении его работы
Обычно при завершении своей работы поток просто освобождается. Однако иногда бывает необходимо, чтобы завершение работы и освобождение потока было согласовано с другими потоками. Например, вы можете ожидать какое-либо значение, возвращаемое одним потоком перед выполнением другого потока. Для реализации этого, вы не должны освобождать первый поток, пока второй не получит значение, возвращаемое первым. Для того чтобы управлять завершением работы потока, имеется свойство потока FreeOnTerminate: По умолчанию данное свойство установлено в true. При этом поток освобождается по завершении своей работы. Если же установить данное свойство в false, то вы можете сами явно завершить работу потока.
Кроме того, в Delphi имеется возможность прекращения выполнения одного потока из другого потока подачей команды о прекращении. Когда один поток пытается прекратить работу другого потока, он вызывает метод Terminate. В результате свойство Terminate потока будет установлено в true, что можно проверить во время выполнения метода Execute:
procedure TMyThread.Execute;
begin
while not Terminated do
{выполнять какие-либо задачи};
end;
Примечание
В случае аварийной ситуации можно завершить выполнение потока с помощью вызова функции Win32 API TerminateThread. Но, важно помнить, что к данной функции стоит обращаться только в том случае, когда никакие другие варианты завершения выполнения потока не приводят к успеху (например, бесконечный цикл). Опасность вызова данной функции состоит в том, что она ведет себя по-разному в различных операционных системах. В операционной системе Windows 9.x эта функция освобождает стек потока, а в Windows NT стек не освобождается, пока работает процесс, породивший данный поток. Вторая причина осторожного использования этой функции - возможность не освобождения ресурсов. То есть файлы, которые были открыты потоком, могут не закрыться, а также память, выделенная потоком, может не освободиться. Кроме того, при использовании в потоке, закрытом с помощью TerminateThread, динамически компонуемых библиотек (Dynamic Link Library, DLL), могут возникнуть проблемы с их закрытием.
Пример создания многопоточного приложения в Delphi
Теперь настало время для собственного многопоточного приложения.
Мы создадим простое приложение, которое состоит из трех потоков. Для начала запустим Delphi и выберем в главном меню Delphi пункт File/New Application (Файл/Новое приложение). После чего, разместим на главной форме приложения (Forml) поле для редактирования (Edit), индикатор хода выполнения работы (Progress Bar) и системный таймер (Timer). В результате должна получиться форма, аналогичная представленной на рис. 1.26.
Рис. 1.26. Форма примера многопоточного приложения
Теперь добавим новый объект потока через пункт главного меню Delphi File/New/Thread Object (Файл/Новый/Объект потока). Введем имя для нового потомка класса TThread, например TMyThreadl. Delphi автоматически добавит модуль Unit2 в наше приложение. В описании объекта TMyThreadl добавим раздел public, в котором опишем глобальную переменную count. В результате должно получиться следующее:
type
TMyThreadl = class(TThread)
private
{ Private declarations }
protected
procedure Execute; override;
public
count:integer;
end;
Далее запишем в метод Execute объекта TMyThreadl код, который должен выполняться в потоке. Пусть это будет код, который генерирует случайные числа и присваивает их глобальной переменной count. Для того чтобы генерация случайных чисел была бесконечной, зациклим ее с помощью так называемого "бесконечного цикла":
procedure TMyThreadl.Execute;
begin
while true do
begin
count:=random(maxint);
end;
end;
Теперь создадим второй объект потока, который должен заполнять индикатор хода работы (Progress Bar).
По аналогии с первым объектом потока, при помощи главного меню Delphi создадим объект потока с именем TMyThread2. Во вновь добавленном модуле units определим глобальную переменную prcount:
type
TMyThread2 = class(TThread)
private
{ Private declarations }
protected
procedure Execute; override;
public
prcount:integer;
end;
После чего в процедуре Execute объекта TMyThread2 запишем следующий код, также зациклив его:
procedure TMyThread2.Execute;
begin
while true do
begin
prcount:=prcount+l;
if prcount>100 then prcount:=0;
end;
end;
Теперь сохраним наш проект и модули под теми именами, которые нам предложит Delphi (Projectl, Unitl, Unit2, Unit3).
Добавим в модуле uniti в описание класса формы в разделе private объекты потоков Threadl - потомок класса TMyThreadl и Thread2 - потомок класса TMyThread2:
type
TForml = class(TForm)
ProgressBarl: TProgressBar;
Editl: TEdit;
Timerl: TTimer;
procedure FormCreate(Sender: TObject);
private
Threadl:TMyThreadl;
Thread2:TMyThread2;
public
{ Public declarations }
end;
Далее, дважды щелкнем на любом свободном пространстве формы Form1. При этом откроется "заготовка" для метода создания формы FormCreate формы Formi. В обработчике FormCreate напишем следующий код:
procedure TForml.FormCreate(Sender: TObject);
begin
Threadl:=TMyThreadl.Create(False);
Threadl.priority:=tpLowest;
Thread2:=TMyThread2.Create(False);
Thread2.priority:=tpNormal;
end;
Здесь мы создаем объект потока с использованием конструктора Create и устанавливаем приоритеты потоков (tpLowest и tpNormal).
Примечание
Единственный параметр, который передается в методе Create класса TThread- CreateSuspended. Данный параметр может принимать логическое значение истины или лжи (true, false). Этот параметр показывает, создавать поток в приостановленном состоянии (true) или запускать его сразу же (false). То есть метод Execute будет вызван автоматически сразу, если параметр CreateSuspended равен false (как в нашем случае). Если же мы хотим запускать поток на исполнения в другое время, необходимо установить параметр CreateSuspended в true и воспользоваться методом Resume для вызова метода Execute на исполнение.
Запишем в-блоке uses модуля unit1 используемые модули unit2 и unit3:
uses
Windows, Messages, SysUtils, Classes, Graphics, Controls, Forms, Dialogs, Unit2, Unit3, StdCtrls, ComCtrls;
Нам осталось отразить результаты вычислений, производимых потоками на форме. Для этого создадим обработчик события OnTimer, дважды щелкнув на объекте Timer1. Запишем в обработчик события OnTimer следующий код:
procedure TForml.TimerlTimer(Sender: TObject);
begin
editl.text:=inttostr(threadl.count);
progressbarl.position:=thread2.prcount;
end;
Все! Наше первое приложение, которое использует потоки, готово! Теперь, если запустить приложение с помощью главного меню Delphi: Run/Run (Запуск/Запуск), то мы можем видеть, как два созданных нами потока работают, причем с разной скоростью (в зависимости от приоритета).
Определение времени, занимаемого потоком
Кроме рассмотренных выше методов активизации и завершения потоков, используется то обстоятельство, что потоки могут приостанавливать и восстанавливать свою работу. Для этого используются методы Suspend и Resume.
Под управлением не многопоточной операционной системы определить количество времени, требуемого на выполнение каких-либо вычислений, достаточно просто. Для этого можно использовать функцию GetTickCount. Например, чтобы определить, сколько времени требуется для генерации случайного числа в Delphi, достаточно написания следующего кода:
Var
StartTime, Summa: longint;
R: integer;
begin
StartTime:=GetTickCount;
R:=Random(MaxInt) ;
Summa:=GetTickCount - StartTime;
end;
В многопоточной операционной системе узнать время, необходимое для выполнения каких-либо операций, труднее, т. к. вычисления вашего потока могут быть прерваны в любом месте для выполнения других потоков. Для этого в по-настоящему многопоточных операционных системах (например, Windows NT) имеется функция GetThreadTimes, которая предоставляет информацию о времени работы потока:
function GetThreadTimes (hThread: THandle; var IpCreationTime, IpExitTime, IpKernelTime, IpUserTime: TFileTime): BOOL; stdcall;
Рассмотрим параметры, передаваемые в данную функцию:
- hThread - название потока, для которого определяется время выполнения;
- IpCreationTime - время создания потока;
- lpExitTime - время завершения работы потока (определяется только при завершении работы потока);
- lpKerneiTime - время, затраченное операционной системой для выполнения собственного кода;
- lpUserTime - время, затраченное на выполнение приложений пользователя.
Как.мы видим, последние четыре параметра имеют тип TFiieTime:
type
TFiieTime = record
dwLowDateTime: DWORD;
dwHighDateTime: DWORD;
end;
To есть, Элементы записи TFiieTime: dwLowDateTime И dwHighDateTime В сумме образуют 64-разрядное значение. Это значение определяет количество интервалов (каждый интервал равен 100 наносекунд), которые прошли начиная с 1 января 1601 года.
Примечание
Для работы с типом TFiieTime удобно использовать функцию приведения данного типа к типу Int64, например: If Int64 (CreationTime) > Int64 (ExitTime) then ShowMessage('Все в порядке.').
Использование главного VCL-потока
Метод Execute является потоковой функцией. Вы можете представить поток как приложение, которое запускается из вашего приложения, за исключением одной детали: и ваше приложение, и поток находятся в одном процессе. Написание потоковой функции немного сложнее, чем .создание обычного приложения, т. к. вам придется следить за тем, чтобы разные потоки вашего приложения не пересекались в оперативной памяти. С другой стороны, поскольку потоки находятся в одном процессе, вы можете использовать память потоками совместно, для их взаимодействия.
Когда вы используете в своем приложении объекты из библиотеки визуальных компонентов, то вам нужно иметь в виду, что свойства и методы объектов из VCL не гарантируют потоковую безопасность.
В случае, когда все объекты обращаются к своим свойствам и выполняют свои методы в одном потоке, вам не нужно беспокоиться о том, что объекты будут создавать друг другу помехи.
Для использования главного VCL-потока создайте отдельную процедуру, которая выполняет необходимые действия. А затем вызовите эту процедуру из вашего потокового модуля (внутри метода Execute), используя синхронизацию. Например:
procedure TMyThread.PushTheButton;
begin
Buttonl.Click;
end;
procedure TMyThread.Execute;
begin
...
Synchronize(PushTheButton);
...
end;
Метод синхронизации защитит ваше приложение от ситуации "гонки".
Ситуация "гонки" возникает, когда два или более потока пытаются получить доступ к общему ресурсу и изменить его состояние.
Примечание
Метод синхронизации не может использоваться в консольных приложениях. Для защиты одновременного доступа к VCL-объектам в консольных приложениях вы должны использовать другие методы.
В некоторых случаях вы можете обходиться без метода синхронизации, например:
- компоненты доступа к данным (Data access) являются потокобезопасными в том случае, когда каждый поток обращается к собственной базе данных. Есть одно исключение, когда вы пытаетесь получить доступ к базе данных Microsoft Access. Access работает с библиотекой Microsoft ADO, которая не является потокобезопасной.
Примечание
Если вы используете компоненты доступа к данным, вы должны задействовать синхронизацию в том случае, когда, например, устанавливаете связь между компонентами доступа к данным (например, определяете свойство DataSet в объекте DataSource). Но вы можете не прибегать к синхронизации при обращении к данным таблицы базы данных.
- объекты для работы с графикой являются потокобезопасными. Это такие классы, как TFont, TPen, TBrush, TBitmap, TMetaf ile И Ticon;
- вместо объектов списков (List), которые не являются потокобезопасными, вы можете использовать потокобезопасный потомок объекта TList - TThreadList.
Координация потоков
При работе с потоками, на этапе первоначального знакомства с ними, неизбежны ошибки. Особенно неприятны ошибки, связанные с конфликтами потоков, обращающихся к разделяемым ресурсам, а также глобальным переменным. Иногда бывает необходимо, чтобы потоки работали слаженно, т. е., например, после выполнения какого-либо события в одном потоке вам необходимо, чтобы возникало определенное постоянное событие в другом потоке. Все это можно объединить под общим названием координации потоков. Рассмотрим, как можно эффективно управлять потоками для достижения решения практических задач.
Для начала определим, какие способы хранения локальных переменных потока нам предоставляет Delphi. Таких способов три:
- хранение локальных переменных в стеке потока. Так как любой поток приложения получает свой собственный стек, то он будет иметь собственные локальные переменные;
- сохранение локальных переменных в объекте потомка класса TThread;
- хранение локальных переменных на уровне операционной системы, используя в описании локальных переменных слово threadvar.
Первый способ является самым простым и очевидным, а также и самым эффективным. Доступ к локальным переменным, расположенным в стеке потока, самый быстрый.
Рассмотрим два других способа хранения локальных переменных потока. Второй способ проще и эффективнее, чем третий. Рассмотрим его на примере:
type
TMyThreadl = class(TThread)
private
i,j,k,1: integer; // локальные переменные потока типа integer
a,b,c: char; // локальные переменные потока типа char
end;
Эффективность объявления локальных переменных в потомке класса TThread очевидна, т. к. доступ к любому полю объекта осуществляется очень быстро (примерно в 10-11 раз быстрее, чем при использовании описания
threadvar).
Третий способ хранения локальных переменных (с помощью threadvar), служит для создания в потоках локальных копий глобальных переменных. Глобальные переменные могут использоваться всеми потоками приложения, при этом может возникнуть ситуация, когда при изменении глобальной переменной одним потоком происходит изменение этой же глобальной пере
менной другим потоком. В результате значение, установленное первым потоком, бесследно исчезает, приводя к нежелательным последствиям (в данном примере произойдет обработка ошибочного значения глобальной переменной первым потоком). Для исключения такой ситуации Win32 API предлагает средство хранения локальных данных потоков (thread-local storage). С помощью этого средства можно создавать локальные копии глобальных переменных для любого потока. При этом требуется всего лишь заменить одно слово var при объявлении глобальных переменных на слово threadvar.
Синхронизация потоков
При дальнейшей работе с потоками вам придется подстраивать работу потоков таким образом, чтобы они не мешали друг другу. Подобная настройка потоков называется синхронизацией потоков.
Ожидание завершения работы потока
К основным понятиям механизма синхронизации потоков относятся функции и объекты ожидания.
В Win32 API имеется несколько функций, называемых функциями ожидания, позволяющих приостановить работу потока до тех пор, пока не будет изменено состояние какого-либо объекта операционной системы, который является объектом ожидания.
К таким объектам относятся следующие объекты ядра Win32 API:
- критические секции (critical section);
- события (Events);
- мьютексы или взаимные исключения (Mutex);
- семафоры (Semaphore);
- таймер (Timer).
Кроме вышеперечисленных объектов, можно использовать и другие объекты, например потоки, изменения в файловой системе, консольный ввод и др.
Использование критической секции
Если в вашем приложении имеются объекты, которые не являются потоко-безопасными, Delphi позволяет использовать так называемые критические секции.
Критическая секция - это область глобальной памяти, которую необходимо защищать от одновременного использования ее разными потоками.
Критическая секция работает наподобие "ворот", которые закрываются для всех потоков в то время, когда один поток "зашел" в эти "ворота". Она позволяет работать с данной областью памяти только одному потоку, блокируя доступ всех остальных потоков.
Для использования критической секции в своем приложении вы должны создать глобальный экземпляр класса TCriticaisection. Данный класс имеет несколько методов, из которых для нас важны два: Acquire (или Enter) и
Release (ИЛИ Leave).
Метод Acquire (Enter) связывает критическую секцию с потоком, вызвавшим данный метод, блокируя доступ к этой секции всем остальным потокам.
Метод Release (Leave) снимает блокировку и позволяет другим потокам обращаться к критической секции.
Примечание
При использовании критических секций будьте внимательны, т. к., если в вашем приложении несколько потоков имеют доступ к критической секции, они все должны работать с методом Acquire (Enter) для обращения к ней. Иначе может возникнуть проблема совместного доступа к ресурсу.
Для примера рассмотрим небольшую программу, которая содержит глобальную переменную критической секции LockXY. Данная переменная блокирует доступ к глобальным переменным X и Y.
LockXY.Acquire; // блокирование других потоков
try
Y := sin(X); finally
LockXY.Release;
end;
Любые потоки, которые используют глобальные переменные X или Y, должны содержать примерно такой же код.
События
Данный объект ожидания является простейшим для решения задачи синхронизации. Объект типа событие (TEvent) может принимать одно из двух состояний: активное или пассивное.
Когда объект ожидания находится в активном состоянии, его видят многие потоки одновременно. В результате такой объект можно использовать для управления работой сразу многих потоков.
Объект класса TEvent имеет среди других своих методов два метода: SetEvent, переводящий объект в активное состояние, и ResetEvent, переводящий объект в пассивное состояние.
Кроме того, этот объект содержит метод waitFor:
type TWaitResult = (wrSignaled, wrTimeout, wrAbandoned, wrError); function WaitFor(Timeout: DWORD): TWaitResult;
Данный метод имеет один параметр Timeout, задающий количество миллисекунд, в течение которых объект ожидает активизацию события. Этот метод возвращает значение wrSignaled в том случае, если активизация события произошла, и wrTimeout - в противном случае. Если в качестве параметра Timeout передать значение INFINITE, то ожидание активизации события будет бесконечно долгим.
Для создания объекта события можно воспользоваться функцией CreateEvent: CreateEvent (lpEventAttributes, bManualReset, bInitialState, lpName);
где:
- IpEventAttributes - определяет дескриптор безопасности для нового события. В Windows NT, если данный параметр равен NULL, то событие получает дескриптор безопасности, установленный по умолчанию. В Windows 9х данный параметр игнорируется;
- bManualReset - определяет ручной или автоматический сброс состояния события. Если значение данного параметра true, то вы должны использовать функцию ResetEvent для ручного перевода события в пассивное состояние. Если значение false, то Windows автоматически осуществит такой перевод;
- bInitialState - определяет начальное состояние события (активное или пассивное). Если значение параметра true, то состояние активное, иначе - пассивное;
- LpName - определяет имя/события для обращения к нему из других потоков. Имя может содержать любые символы, кроме обратной косой черты (\). Имя чувствительно к регистру букв. В случае, когда имя повторяет имя созданного события, происходит обращение к уже существующему событию. Если значение имени равно NULL, то событие создается без имени. Если событие имеет такое же имя, как семафор, мьютекс или другой объект, генерируется ошибка ERROR_INVALID__HANDLE.
Мьютексы (взаимные исключения)
Данный тип объекта ожидания разрешает доступ только одному потоку в определенный момент времени. Мьютекс сигнализирует, когда он не при надлежит потоку и прекращает сигнализировать, когда он принадлежит потоку. После того как поток перестает обращаться к мьютексу, любой другой поток получает возможность доступа к нему.
Данный объект полезен в случае обращения к памяти с целью ее изменения различными потоками.
Для создания объекта типа мьютекс потоки должны обращаться к функции CreateMutex!
CreateMutex (lpMutexAttributes, blnitialOwner, IpName);
где:
- IpMutexAttributes - указатель на структуру SECURITY_ATTRIBUTES, которая определяет, может ли обработчик наследоваться потоками-потомками. В Windows NT, при IpMutexAttributes = NULL, мьютекс получает дескриптор безопасности, установленный по умолчанию. В Windows 9x данный параметр функции игнорируется;
- blnitialOwner - определяет начального владельца мьютекса. Если данный параметр равен true, то владельцем мьютекса становится вызвавший его поток. В противном случае, владелец мьютекса не определен;
- lpName - определяет имя мьютекса. Имя предназначено для обращения к мьютексу из других процессов. Имя может содержать любые символы, кроме обратной косой Черты (\). Имя чувствительно к регистру букв. В случае, когда имя повторяет имя уже созданного мьютекса, происходит обращение к уже существующему мьютексу. Если значение имени равно NULL, то мьютекс создается без имени. Если мьютекс имеет такое же имя, как семафор, событие или другой объект, генерируется ошибка ERROR_INVALID_HANDLE.
Семафоры
Иногда бывает необходимо ограничить число потоков, обращающихся к объекту ожидания. При этом число таких потоков может быть разным (не только один). Объект типа семафор может устанавливаться на доступ к нему определенного числа потоков. При этом все потоки, которые вновь обращаются к семафору, но, при этом, их количество уже превышает предельно допустимое количество, - приостанавливаются. При отключении присоединенных к семафору потоков "ждущие" потоки подключаются к нему.
Семафоры полезны при контролировании доступа к разделяемым ресурсам, которые могут поддерживать ограниченное число пользователей. Например, приложение может создать ограниченное число окон, отображаемых на экране. В данном случае можно использовать семафор, установленный на максимальное число окон, которые могут вывести приложение.
Потоки используют функцию CreateSemaphore для создания объекта типа семафор:
CreateSemaphore (IpSemaphoreAttributes, UnitialCount, IMaximumCount, IpName);
где:
- lpSemaphoreAttributes - определяет дескриптор безопасности для нового семафора, данный параметр игнорируется для Windows 9x. Если параметр равен NULL, то семафор получает дескриптор безопасности по умолчанию;
- lInitialCount - определяет начальное значение счетчика для семафора. Оно должно быть больше нуля и меньшим или равным значению lMaximumCount;
- lMaximumCount - определяет максимальное значение счетчика для семафора (максимальное число потоков). Оно должно быть больше нуля;
- lpName - определяет имя семафора. Имя может содержать в своем составе любые знаки и символы, за исключением символа обратной косой черты (\). Имя является чувствительным к строчным и прописным буквам. Если семафор с данным именем уже был определен, то будет осуществлен доступ к уже существующему семафору. Если значение IpName равно NULL, то семафор будет создан без имени. Если семафор будет иметь такое же имя, как и другой объект (например, мьютекс, взаимное исключение, или другой), то произойдет ошибка и при вызове функции GetLastError будет возвращено' значение ERROR_INVALID_HANDLE. Данная ошибка произойдет по простой причине, т. к. все эти объекты разделяют одно и то же пространство имен.
Примечание
Имя позволяет обращаться к семафору из потоков других процессов.
Запуск и остановка потоков
Потоки могут быть запущены и остановлены сколько угодно раз в процессе их выполнения. Для временной остановки запущенного потока можно обратиться к методу потока suspend. Для продолжения выполнения приостановленного потока вызовите метод потока Resume. Вы можете использовать вложенные вызовы вышеперечисленных методов, т. к. метод Suspend увеличивает внутренний счетчик потока, a Resume уменьшает. Поток не будет выполняться до тех пор, пока счетчик не обратиться в ноль, т. е., если вы вызвали пять раз метод Suspend, а затем четыре раза Resume, вам понадобится еще один (пятый) вызов метода Resume для продолжения выполнения потока.
Использование потоков в распределенных приложениях
Распределенные приложения добавляют головной боли программисту, который создает приложения, использующие потоки. Когда вы задумываетесь над тем, как вам синхронизировать выполнение потоков внутри приложения - это еще полбеды. При создании распределенных приложений вам придется решить вопрос: как другие процессы смогут повлиять на выполнение потоков вашего приложения.
Обычно, ответственность за обработку распределенных потоков лежит на приложении-сервере. Когда вы создаете серверы, вам придется решить этот вопрос.
Если каждый запрос приложения-клиента содержится в отдельном потоке, вы должны убедиться, что различные клиентские потоки не мешают друг другу.
Все эти вопросы мы рассмотрим в третьей части книги, когда будем создавать приложения на основе СОМ и ActiveX.