線程是進(jìn)程的一條執(zhí)行路徑，它包含獨(dú)立的堆棧和CPU寄存器狀態(tài)，每個(gè)線程共享所有的進(jìn)程資源，包括打開的文件、信號(hào)標(biāo)識(shí)及動(dòng)態(tài)分配的內(nèi)存等。一個(gè)進(jìn)程內(nèi)的所有線程使用同一個(gè)地址空間，而這些線程的執(zhí)行由系統(tǒng)調(diào)度程序控制，調(diào)度程序決定哪個(gè)線程可執(zhí)行以及什么時(shí)候執(zhí)行線程。線程有優(yōu)先級(jí)別，優(yōu)先權(quán)較低的線程必須等到優(yōu)先權(quán)較高的線程執(zhí)行完后再執(zhí)行。在多處理器的機(jī)器上，調(diào)度程序可將多個(gè)線程放到不同的處理器上去運(yùn)行，這樣可使處理器任務(wù)平衡，并提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

Windows是一種多任務(wù)的操作系統(tǒng)，在Windows的一個(gè)進(jìn)程內(nèi)包含一個(gè)或多個(gè)線程。32位Windows環(huán)境下的Win32 API提供了多線程應(yīng)用程序開發(fā)所需要的接口函數(shù)，而利用ＶＣ中提供的標(biāo)準(zhǔn)Ｃ庫(kù)也可以開發(fā)多線程應(yīng)用程序，相應(yīng)的ＭＦＣ類庫(kù)封裝了多線程編程的類，用戶在開發(fā)時(shí)可根據(jù)應(yīng)用程序的需要和特點(diǎn)選擇相應(yīng)的工具。為了使大家能全面地了解Windows多線程編程技術(shù)，本文將重點(diǎn)介紹Win32 API和MFC兩種方式下如何編制多線程程序。

多線程編程在Win32方式下和MFC類庫(kù)支持下的原理是一致的，進(jìn)程的主線程在任何需要的時(shí)候都可以創(chuàng)建新的線程。當(dāng)線程執(zhí)行完后，自動(dòng)終止線程; 當(dāng)進(jìn)程結(jié)束后，所有的線程都終止。所有活動(dòng)的線程共享進(jìn)程的資源，因此，在編程時(shí)需要考慮在多個(gè)線程訪問(wèn)同一資源時(shí)產(chǎn)生沖突的問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)線程正在訪問(wèn)某進(jìn)程對(duì)象，而另一個(gè)線程要改變?cè)搶?duì)象，就可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果，編程時(shí)要解決這個(gè)沖突。

Win32 API下的多線程編程

Win32 API是Windows操作系統(tǒng)內(nèi)核與應(yīng)用程序之間的界面，它將內(nèi)核提供的功能進(jìn)行函數(shù)包裝，應(yīng)用程序通過(guò)調(diào)用相關(guān)函數(shù)而獲得相應(yīng)的系統(tǒng)功能。為了向應(yīng)用程序提供多線程功能，Win32 API函數(shù)集中提供了一些處理多線程程序的函數(shù)集。直接用Win32 API進(jìn)行程序設(shè)計(jì)具有很多優(yōu)點(diǎn): 基于Win32的應(yīng)用程序執(zhí)行代碼小，運(yùn)行效率高，但是它要求程序員編寫的代碼較多，且需要管理所有系統(tǒng)提供給程序的資源。用Win32 API直接編寫程序要求程序員對(duì)Windows系統(tǒng)內(nèi)核有一定的了解，會(huì)占用程序員很多時(shí)間對(duì)系統(tǒng)資源進(jìn)行管理，因而程序員的工作效率降低。

1. 用Win32函數(shù)創(chuàng)建和終止線程

Win32函數(shù)庫(kù)中提供了操作多線程的函數(shù)，包括創(chuàng)建線程、終止線程、建立互斥區(qū)等。在應(yīng)用程序的主線程或者其他活動(dòng)線程中創(chuàng)建新的線程的函數(shù)如下：

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

如果創(chuàng)建成功則返回線程的句柄，否則返回NULL。創(chuàng)建了新的線程后，該線程就開始啟動(dòng)執(zhí)行了。但如果在dwCreationFlags中使用了CREATE_SUSPENDED特性，那么線程并不馬上執(zhí)行，而是先掛起，等到調(diào)用ResumeThread后才開始啟動(dòng)線程，在這個(gè)過(guò)程中可以調(diào)用下面這個(gè)函數(shù)來(lái)設(shè)置線程的優(yōu)先權(quán)：

BOOL SetThreadPriority(HANDLE hThread,int nPriority);

當(dāng)調(diào)用線程的函數(shù)返回后，線程自動(dòng)終止。如果需要在線程的執(zhí)行過(guò)程中終止則可調(diào)用函數(shù)：

VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);

如果在線程的外面終止線程，則可調(diào)用下面的函數(shù)：

BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DWORD dwExitCode);

但應(yīng)注意: 該函數(shù)可能會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，而且線程所占用的資源也不釋放。因此，一般情況下，建議不要使用該函數(shù)。

如果要終止的線程是進(jìn)程內(nèi)的最后一個(gè)線程，則線程被終止后相應(yīng)的進(jìn)程也應(yīng)終止。

2. 線程的同步

在線程體內(nèi)，如果該線程完全獨(dú)立，與其他線程沒(méi)有數(shù)據(jù)存取等資源操作上的沖突，則可按照通常單線程的方法進(jìn)行編程。但是，在多線程處理時(shí)情況常常不是這樣，線程之間經(jīng)常要同時(shí)訪問(wèn)一些資源。由于對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)引起沖突是不可避免的，為了解決這種線程同步問(wèn)題，Win32 API提供了多種同步控制對(duì)象來(lái)幫助程序員解決共享資源訪問(wèn)沖突。在介紹這些同步對(duì)象之前先介紹一下等待函數(shù)，因?yàn)樗锌刂茖?duì)象的訪問(wèn)控制都要用到這個(gè)函數(shù)。

Win32 API提供了一組能使線程阻塞其自身執(zhí)行的等待函數(shù)。這些函數(shù)在其參數(shù)中的一個(gè)或多個(gè)同步對(duì)象產(chǎn)生了信號(hào)，或者超過(guò)規(guī)定的等待時(shí)間才會(huì)返回。在等待函數(shù)未返回時(shí)，線程處于等待狀態(tài)，此時(shí)線程只消耗很少的CPU時(shí)間。使用等待函數(shù)既可以保證線程的同步，又可以提高程序的運(yùn)行效率。最常用的等待函數(shù)是：

DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle，DWORD dwMilliseconds);

而函數(shù)WaitForMultipleObject可以用來(lái)同時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)同步對(duì)象，該函數(shù)的聲明為：

DWORD WaitForMultipleObject(DWORD nCount,CONST HANDLE *lpHandles,BOOL bWaitAll,DWORD dwMilliseconds);

（1）互斥體對(duì)象

Mutex對(duì)象的狀態(tài)在它不被任何線程擁有時(shí)才有信號(hào)，而當(dāng)它被擁有時(shí)則無(wú)信號(hào)。Mutex對(duì)象很適合用來(lái)協(xié)調(diào)多個(gè)線程對(duì)共享資源的互斥訪問(wèn)。可按下列步驟使用該對(duì)象：

首先，建立互斥體對(duì)象，得到句柄：

HANDLE CreateMutex();

然后，在線程可能產(chǎn)生沖突的區(qū)域前（即訪問(wèn)共享資源之前）調(diào)用WaitForSingleObject，將句柄傳給函數(shù)，請(qǐng)求占用互斥對(duì)象：

dwWaitResult = WaitForSingleObject(hMutex,5000L);

共享資源訪問(wèn)結(jié)束，釋放對(duì)互斥體對(duì)象的占用：

ReleaseMutex(hMutex);

互斥體對(duì)象在同一時(shí)刻只能被一個(gè)線程占用，當(dāng)互斥體對(duì)象被一個(gè)線程占用時(shí)，若有另一線程想占用它，則必須等到前一線程釋放后才能成功。

（2）信號(hào)對(duì)象

信號(hào)對(duì)象允許同時(shí)對(duì)多個(gè)線程共享資源進(jìn)行訪問(wèn)，在創(chuàng)建對(duì)象時(shí)指定最大可同時(shí)訪問(wèn)的線程數(shù)。當(dāng)一個(gè)線程申請(qǐng)?jiān)L問(wèn)成功后，信號(hào)對(duì)象中的計(jì)數(shù)器減一，調(diào)用ReleaseSemaphore函數(shù)后，信號(hào)對(duì)象中的計(jì)數(shù)器加一。其中，計(jì)數(shù)器值大于或等于０，但小于或等于創(chuàng)建時(shí)指定的最大值。如果一個(gè)應(yīng)用在創(chuàng)建一個(gè)信號(hào)對(duì)象時(shí)，將其計(jì)數(shù)器的初始值設(shè)為０，就阻塞了其他線程，保護(hù)了資源。等初始化完成后，調(diào)用ReleaseSemaphore函數(shù)將其計(jì)數(shù)器增加至最大值，則可進(jìn)行正常的存取訪問(wèn)。可按下列步驟使用該對(duì)象：

首先，創(chuàng)建信號(hào)對(duì)象：

HANDLE CreateSemaphore();

或者打開一個(gè)信號(hào)對(duì)象：

HANDLE OpenSemaphore();

然后，在線程訪問(wèn)共享資源之前調(diào)用WaitForSingleObject。

共享資源訪問(wèn)完成后，應(yīng)釋放對(duì)信號(hào)對(duì)象的占用：

ReleaseSemaphore();

（3）事件對(duì)象

事件對(duì)象(Event)是最簡(jiǎn)單的同步對(duì)象，它包括有信號(hào)和無(wú)信號(hào)兩種狀態(tài)。在線程訪問(wèn)某一資源之前，需要等待某一事件的發(fā)生，這時(shí)用事件對(duì)象最合適。例如：只有在通信端口緩沖區(qū)收到數(shù)據(jù)后，監(jiān)視線程才被激活。

事件對(duì)象是用CreateEvent函數(shù)建立的。該函數(shù)可以指定事件對(duì)象的類和事件的初始狀態(tài)。如果是手工重置事件，那么它總是保持有信號(hào)狀態(tài)，直到用ResetEvent函數(shù)重置成無(wú)信號(hào)的事件。如果是自動(dòng)重置事件，那么它的狀態(tài)在單個(gè)等待線程釋放后會(huì)自動(dòng)變?yōu)闊o(wú)信號(hào)的。用SetEvent可以把事件對(duì)象設(shè)置成有信號(hào)狀態(tài)。在建立事件時(shí)，可以為對(duì)象命名，這樣其他進(jìn)程中的線程可以用OpenEvent函數(shù)打開指定名字的事件對(duì)象句柄。

（4）排斥區(qū)對(duì)象

在排斥區(qū)中異步執(zhí)行時(shí)，它只能在同一進(jìn)程的線程之間共享資源處理。雖然此時(shí)上面介紹的幾種方法均可使用，但是，使用排斥區(qū)的方法則使同步管理的效率更高。

使用時(shí)先定義一個(gè)CRITICAL_SECTION結(jié)構(gòu)的排斥區(qū)對(duì)象，在進(jìn)程使用之前調(diào)用如下函數(shù)對(duì)對(duì)象進(jìn)行初始化:

VOID InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION);

當(dāng)一個(gè)線程使用排斥區(qū)時(shí)，調(diào)用函數(shù)：EnterCriticalSection或者TryEnterCriticalSection;

當(dāng)要求占用、退出排斥區(qū)時(shí)，調(diào)用函數(shù)LeaveCriticalSection，釋放對(duì)排斥區(qū)對(duì)象的占用，供其他線程使用。

基于MFC的多線程編程

MFC是微軟的VC開發(fā)集成環(huán)境中提供給程序員的基礎(chǔ)函數(shù)庫(kù)，它用類庫(kù)的方式將Win32 API進(jìn)行封裝，以類的方式提供給開發(fā)者。由于其快速、簡(jiǎn)捷、功能強(qiáng)大等特點(diǎn)深受廣大開發(fā)者喜愛(ài)。因此，建議使用MFC類庫(kù)進(jìn)行應(yīng)用程序的開發(fā)。

在VC++附帶的MFC類庫(kù)中，提供了對(duì)多線程編程的支持，基本原理與基于Win32 API的設(shè)計(jì)一致，但由于MFC對(duì)同步對(duì)象做了封裝，因此實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加方便，避免了對(duì)象句柄管理上的煩瑣工作。

在MFC中，線程分為兩種：工作線程和用戶接口線程。工作線程與前面所述的線程一致，用戶接口線程是一種能夠接收用戶的輸入、處理事件和消息的線程。

1. 工作線程

工作線程編程較為簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)思路與前面所講的基本一致: 一個(gè)基本函數(shù)代表了一個(gè)線程，創(chuàng)建并啟動(dòng)線程后，線程進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài); 如果線程用到共享資源，則需要進(jìn)行資源同步處理。這種方式創(chuàng)建線程并啟動(dòng)線程時(shí)可調(diào)用函數(shù)：

CWinThread*AfxBeginThread( AFX_THREADPROC pfnThreadProc, LPVOID pParam,int nPriority= THREAD_PRIORITY_NORMAL,UINT nStackSize =0,DWORD dwCreateFlags=0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL);參數(shù)pfnThreadProc是線程執(zhí)行體函數(shù)，函數(shù)原形為: UINT ThreadFunction( LPVOID pParam)。

參數(shù)pParam是傳遞給執(zhí)行函數(shù)的參數(shù)；

參數(shù)nPriority是線程執(zhí)行權(quán)限，可選值：

THREAD_PRIORITY_NORMAL、THREAD_PRIORITY_LOWEST、THREAD_PRIORITY_HIGHEST、THREAD_PRIORITY_IDLE。

參數(shù)dwCreateFlags是線程創(chuàng)建時(shí)的標(biāo)志，可取值CREATE_SUSPENDED，表示線程創(chuàng)建后處于掛起狀態(tài)，調(diào)用ResumeThread函數(shù)后線程繼續(xù)運(yùn)行，或者取值“0”表示線程創(chuàng)建后處于運(yùn)行狀態(tài)。

返回值是CWinThread類對(duì)象指針，它的成員變量m_hThread為線程句柄，在Win32 API方式下對(duì)線程操作的函數(shù)參數(shù)都要求提供線程的句柄，所以當(dāng)線程創(chuàng)建后可以使用所有Win32 API函數(shù)對(duì)pWinThread->m_Thread線程進(jìn)行相關(guān)操作。

注意：如果在一個(gè)類對(duì)象中創(chuàng)建和啟動(dòng)線程時(shí)，應(yīng)將線程函數(shù)定義成類外的全局函數(shù)。

2. 用戶接口線程

基于MFC的應(yīng)用程序有一個(gè)應(yīng)用對(duì)象，它是CWinApp派生類的對(duì)象，該對(duì)象代表了應(yīng)用進(jìn)程的主線程。當(dāng)線程執(zhí)行完并退出線程時(shí)，由于進(jìn)程中沒(méi)有其他線程存在，進(jìn)程自動(dòng)結(jié)束。類CＷinApp從CＷinThread派生出來(lái)，CＷinThread是用戶接口線程的基本類。我們?cè)诰帉懹脩艚涌诰€程時(shí)，需要從CＷinThread派生我們自己的線程類，ClassWizard可以幫助我們完成這個(gè)工作。

先用ClassWizard派生一個(gè)新的類，設(shè)置基類為CwinThread。注意：類的DECLARE_DYNCREATE和IMPLEMENT_DYNCREATE宏是必需的，因?yàn)閯?chuàng)建線程時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)創(chuàng)建類的對(duì)象。根據(jù)需要可將初始化和結(jié)束代碼分別放在類的InitInstance和ExitInstance函數(shù)中。如果需要?jiǎng)?chuàng)建窗口，則可在InitInstance函數(shù)中完成。然后創(chuàng)建線程并啟動(dòng)線程。可以用兩種方法來(lái)創(chuàng)建用戶接口線程，MFC提供了兩個(gè)版本的AfxBeginThread函數(shù)，其中一個(gè)用于創(chuàng)建用戶接口線程。第二種方法分為兩步進(jìn)行：首先，調(diào)用線程類的構(gòu)造函數(shù)創(chuàng)建一個(gè)線程對(duì)象；其次，調(diào)用CWinThread::CreateThread函數(shù)來(lái)創(chuàng)建該線程。線程建立并啟動(dòng)后，在線程函數(shù)執(zhí)行過(guò)程中一直有效。如果是線程對(duì)象，則在對(duì)象刪除之前，先結(jié)束線程。CWinThread已經(jīng)為我們完成了線程結(jié)束的工作。

3. 線程同步

前面我們介紹了Win32 API提供的幾種有關(guān)線程同步的對(duì)象，在MFC類庫(kù)中對(duì)這幾個(gè)對(duì)象進(jìn)行了類封裝，它們有一個(gè)共同的基類CSyncObject，它們的對(duì)應(yīng)關(guān)系為: Semaphore對(duì)應(yīng)CSemaphore、Mutex對(duì)應(yīng)CMutex、Event對(duì)應(yīng)CEvent、CriticalSection對(duì)應(yīng)CCriticalSection。另外，MFC對(duì)兩個(gè)等待函數(shù)也進(jìn)行了封裝，即CSingleLock和CMultiLock。因四個(gè)對(duì)象用法相似，在這里就以CMutex為例進(jìn)行說(shuō)明：

創(chuàng)建一個(gè)CMutex對(duì)象:

CMutex mutex(FALSE,NULL,NULL);

或CMutex mutex;

當(dāng)各線程要訪問(wèn)共享資源時(shí)使用下面代碼：

CSingleLock sl(&mutex);

sl.Lock();

if(sl.IsLocked())

//對(duì)共享資源進(jìn)行操作...

sl.Unlock();

結(jié)束語(yǔ)

如果用戶的應(yīng)用程序需要多個(gè)任務(wù)同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的處理，則使用多線程是較理想的選擇。這里，提醒大家注意的是在多線程編程時(shí)要特別小心處理資源共享問(wèn)題以及多線程調(diào)試問(wèn)題.

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Windows平台下的多线程编程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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