線程基礎(chǔ)知識(shí)

——Windows核心編程學(xué)習(xí)手札系列之六

線程與進(jìn)程一樣由兩部分構(gòu)成：一是線程的內(nèi)核對(duì)象，操作系統(tǒng)用它來(lái)對(duì)線程實(shí)施管理，也是系統(tǒng)用來(lái)存放線程統(tǒng)計(jì)信息的地方；二是線程堆棧，用于維護(hù)線程在執(zhí)行代碼時(shí)需要的所有函數(shù)參數(shù)和局部變量。進(jìn)程是靜止的，不執(zhí)行代碼，只是線程的容器，線程總是在某個(gè)進(jìn)程環(huán)境中創(chuàng)建的，且其整個(gè)壽命周期都在該進(jìn)程中，線程在進(jìn)程的地址空間中執(zhí)行代碼和操作數(shù)據(jù)。在單進(jìn)程中，存在多個(gè)線程運(yùn)行，這些線程共享進(jìn)程的地址空間，執(zhí)行相同代碼和操作相同數(shù)據(jù)，還共享內(nèi)核對(duì)象句柄（句柄表依賴于進(jìn)程存在而非線程）。進(jìn)程使用的資源比較多，需要為進(jìn)程創(chuàng)建一個(gè)虛擬地址空間（需要系統(tǒng)很多資源）；要保留眾多記錄（占用大量?jī)?nèi)存）；文件如exe和dll要加載到地址空間（需要文件資源），相比下線程只需要一個(gè)內(nèi)核對(duì)象和一個(gè)堆棧，需要少量?jī)?nèi)存維護(hù)記錄即可。線程的開(kāi)銷比進(jìn)程少，在開(kāi)發(fā)中始終設(shè)法用線程來(lái)解決編程問(wèn)題是最優(yōu)選擇。

每個(gè)進(jìn)程在初始化時(shí)，系統(tǒng)會(huì)為其創(chuàng)建一個(gè)主線程，該線程與C/C++運(yùn)行期庫(kù)的啟動(dòng)代碼一并開(kāi)始運(yùn)行，啟動(dòng)代碼調(diào)用進(jìn)入點(diǎn)函數(shù)（main/wmain/WinMain/wWinMian）并繼續(xù)運(yùn)行直到進(jìn)入點(diǎn)函數(shù)返回并且C/C++運(yùn)行期庫(kù)的啟動(dòng)代碼調(diào)用ExitProcess為止。每個(gè)線程都有進(jìn)入點(diǎn)函數(shù)，線程從這個(gè)進(jìn)入點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)行，主線程的進(jìn)入點(diǎn)函數(shù)是main/wmain/WinMain/wWinMain，如想要在進(jìn)程中創(chuàng)建輔助線程，也需要一個(gè)進(jìn)入點(diǎn)函數(shù)，如同下面的代碼：

DWORD WINAPI ThreadFunc(PVOID pvParam){

?????? DWORD dwResult=0;

?????? ……

?????? return (dwResult);

}

線程函數(shù)可以執(zhí)行你所要執(zhí)行的任務(wù)，線程函數(shù)達(dá)到結(jié)尾處且返回，線程終止運(yùn)行，堆棧的內(nèi)存被釋放，同時(shí)線程的內(nèi)核對(duì)象被遞減，如使用計(jì)數(shù)為零，其內(nèi)核對(duì)象被撤消。對(duì)線程函數(shù)應(yīng)該認(rèn)識(shí)到的是：1）主線程的進(jìn)入點(diǎn)函數(shù)名字必須是main/wmain/wWinMain/WinMain這四個(gè)，其他線程函數(shù)可以使用任何名字，但不同線程之間的函數(shù)名必須不同，否則編譯器或鏈接程序會(huì)認(rèn)為單個(gè)函數(shù)創(chuàng)建了多個(gè)實(shí)現(xiàn)函數(shù)；2）線程函數(shù)可以傳遞單個(gè)參數(shù)，參數(shù)含義自定義而不由操作系統(tǒng)來(lái)定義；3）線程函數(shù)必須返回一個(gè)值，作為該線程的推出代碼；4）線程函數(shù)應(yīng)盡可能使用函數(shù)參數(shù)和局部變量，如使用靜態(tài)變量和全局變量，多個(gè)線程可以同時(shí)訪問(wèn)這些變量，可能破壞變量的內(nèi)容。

創(chuàng)建新的線程，可在正運(yùn)行的線程中調(diào)用CreateThread函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)：

HANDLE CreateThread(

???????????????????? PSECURITY_ATTRIBUTES psa,

???????????????????? DWORD cbStack,

???????????????????? PTHREAD_START_ROUTINE pfnStartAddr,

???????????????????? PVOID pvParam,

???????????????????? DWORD fdwCreate,

??????????????????? PDWORD pdwThreadID);

當(dāng)CreateThread被調(diào)用時(shí)，系統(tǒng)創(chuàng)建一個(gè)線程內(nèi)核對(duì)象，是操作系統(tǒng)用來(lái)管理線程的較小數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是關(guān)于線程統(tǒng)計(jì)信息組成的小型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)從進(jìn)程的地址空間中分配內(nèi)存供線程的堆棧使用，新線程運(yùn)行的進(jìn)程環(huán)境與創(chuàng)建線程一樣，新線程可以訪問(wèn)進(jìn)程的內(nèi)核對(duì)象的所有句柄、所有內(nèi)存和在這個(gè)進(jìn)程中的其他線程的堆棧。CreateThread函數(shù)是Windows提供的用來(lái)創(chuàng)建線程，如在編寫(xiě)C/C++代碼，不應(yīng)調(diào)用該函數(shù)，而應(yīng)該使用Visual C++運(yùn)行期庫(kù)函數(shù)_beginthreadex來(lái)創(chuàng)建新線程。一個(gè)原則就是盡量采用編譯器供應(yīng)商自己的創(chuàng)建線程函數(shù)來(lái)代替CreateThread的Windows函數(shù)。

函數(shù)CreateThread的第一個(gè)參數(shù)psa是指向SECURITY_ATTRIBUTES結(jié)構(gòu)的指針，如僅設(shè)置該線程的內(nèi)核對(duì)象為默認(rèn)安全屬性，可以直接傳遞NULL；如希望子進(jìn)程能夠繼承該線程對(duì)象的句柄，則需要設(shè)定一個(gè)SECURITY_ATTRIBUTES結(jié)構(gòu)，它的bInheritHandle成員被初始化為TURE值。

函數(shù)CreateThread的第二個(gè)參數(shù)cbStack用于設(shè)定線程可以將多少地址空間用于自己的堆棧。當(dāng)CreateProcess啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程時(shí)，在內(nèi)部調(diào)用CreateThread來(lái)對(duì)進(jìn)程的主線程進(jìn)行初始化。對(duì)于cbStack參數(shù)來(lái)說(shuō)，CreateProcess使用存在在可執(zhí)行文件中的一個(gè)值，可使用鏈接程序的/STACK開(kāi)關(guān)來(lái)控制cbStack值：/STACK:[reverse][.commit]，reserve參數(shù)用于設(shè)定系統(tǒng)應(yīng)該為線程堆棧保留的地址空間量，默認(rèn)值是1MB；commit參數(shù)用于設(shè)定開(kāi)始時(shí)應(yīng)該承諾用于堆棧保留區(qū)的物理存儲(chǔ)器的容量，默認(rèn)值是 1頁(yè)。當(dāng)線程中的代碼執(zhí)行時(shí)，可能需要多個(gè)頁(yè)面的存儲(chǔ)器，當(dāng)線程溢出它的堆棧時(shí)，就生成一個(gè)異常條件，系統(tǒng)抓取該異常條件，并將另一頁(yè)用于保留空間，使得線程的堆棧能夠根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)地?cái)U(kuò)大。當(dāng)調(diào)用CraeteThrad時(shí)，如果cbStack傳遞的值不是0，就能使該函數(shù)將所有的存儲(chǔ)器保留并分配給線程的堆棧，由于所有的存儲(chǔ)器預(yù)先作了分配，因此可以確保線程擁有指定容量的可用堆棧存儲(chǔ)器。保留空間的容量可以在是/STACK鏈接設(shè)定的值也可以是cbStack的值，誰(shuí)大用誰(shuí)。分配的存儲(chǔ)器容量則與傳遞的cbStack一致，如將0傳遞給cbStack參數(shù)，CreateThread 就保留一個(gè)區(qū)域，并且將鏈接程序嵌入exe文件的/STACk鏈接程序開(kāi)關(guān)信息指明的存儲(chǔ)器容量分配給線程堆棧。保留空間的容量用于為堆棧設(shè)置一個(gè)上限，這樣可以抓住代碼中的循環(huán)遞歸錯(cuò)誤，防止遞歸函數(shù)無(wú)限制地循環(huán)調(diào)用自己和創(chuàng)建新堆棧，從而消耗掉存儲(chǔ)資源。

函數(shù)CreateThread的第三個(gè)參數(shù)pfnStartAddr指明想要新線程執(zhí)行的線程函數(shù)地址。函數(shù)CreateThread的第四個(gè)參數(shù)pvParam作為將初始化值傳遞給線程函數(shù)的手段，既可以是數(shù)字值，也可以是指向包含其他信息的一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)指針。創(chuàng)建多個(gè)線程，使這些線程擁有和起始點(diǎn)相同的函數(shù)地址，如實(shí)現(xiàn)一個(gè)Web服務(wù)器，創(chuàng)建一個(gè)新線程處理每個(gè)客戶機(jī)的請(qǐng)求，每個(gè)線程都知道自己正在服務(wù)于哪個(gè)客戶端的請(qǐng)求，這需要在創(chuàng)建線程時(shí)傳遞不同的pvParam參數(shù)。

函數(shù)CreateThread的第五個(gè)參數(shù)fdwCreate可以設(shè)定用于控制創(chuàng)建線程的其他標(biāo)志，如果該值是0，那線程創(chuàng)建后立即進(jìn)行調(diào)度，如該值是CREATE_SUSPENDED，系統(tǒng)可以完整地創(chuàng)建線程并對(duì)它進(jìn)行初始化，但要暫停該線程的運(yùn)行，使其無(wú)法進(jìn)行調(diào)度。CREATE_SUSPENDED標(biāo)志使得應(yīng)用程序能夠在它有機(jī)會(huì)執(zhí)行任何代碼之前修改線程的某些屬性，由于這種必要性很少，所以通常不用。函數(shù)CreateThread的第六個(gè)參數(shù)pdwThreadID是DWORD類型的一個(gè)有效地址，CreateThread使用這個(gè)地址來(lái)存放系統(tǒng)分配給新線程的ID。

終止線程的運(yùn)行，方法有：1）線程函數(shù)返回（最優(yōu)）；2）調(diào)用ExitThread函數(shù)，線程將自行撤消（最好不用）；3）同一個(gè)進(jìn)程或另一個(gè)進(jìn)程中的線程調(diào)用TerminateThread函數(shù)（避免使用該方法）；4）包含線程的進(jìn)程終止運(yùn)行（避免使用）。線程函數(shù)返回可確保所有線程資源被正確地清除：1）在線程函數(shù)中創(chuàng)建的所有C++對(duì)象均將通過(guò)它們的撤消函數(shù)正確地撤消；2）操作系統(tǒng)將正確地釋放線程堆棧使用的內(nèi)存；3）系統(tǒng)將線程的推出代碼（在線程的內(nèi)核對(duì)象中維護(hù)）設(shè)置為線程函數(shù)的返回值；4）系統(tǒng)將遞減線程內(nèi)核對(duì)象的使用計(jì)數(shù)?？梢宰尵€程強(qiáng)制終止運(yùn)行，通過(guò)調(diào)用VOID ExitThread(DWORD dwExitCode)函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該函數(shù)將終止線程的運(yùn)行，并導(dǎo)致操作系統(tǒng)清除該線程使用的所有操作系統(tǒng)資源，但C++資源如C++類對(duì)象將不被撤消，基于這個(gè)原因，最好從線程函數(shù)返回，而不是通過(guò)調(diào)用ExitThread函數(shù)來(lái)返回。如創(chuàng)建線程一樣，應(yīng)盡量使用Visual C++運(yùn)行期庫(kù)函數(shù)_endthreadex來(lái)終止線程運(yùn)行。TerminateThread函數(shù)也可終止線程運(yùn)行：BOOL TerminateThread(HANDLE hThread,DOWRD dwExitCode)，能夠撤消任何線程而ExitThread只能撤消調(diào)用的線程，其中hThread作為參數(shù)用于標(biāo)識(shí)被終止運(yùn)行線程的句柄。TerminateThread函數(shù)是異步運(yùn)行的函數(shù)，告訴系統(tǒng)終止線程的運(yùn)行，但當(dāng)函數(shù)返回時(shí)，不能保證線程被撤消，如果需要確切知道線程終止運(yùn)行，需調(diào)用WaitForSingleObject或者類似函數(shù)，傳遞線程的句柄。當(dāng)線程終止運(yùn)行時(shí)，會(huì)發(fā)生下列操作：1）線程擁有的所有用戶對(duì)象均被釋放，在Windows中大多數(shù)對(duì)象都是由包含創(chuàng)建這些對(duì)象的線程的進(jìn)程所擁有的，但是一個(gè)線程擁有兩個(gè)用戶對(duì)象，即窗口和掛鉤，當(dāng)線程終止運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)撤消任何窗口，并且卸載線程創(chuàng)建的或安裝的任何掛鉤，其他對(duì)象只有在擁有線程的進(jìn)程終止運(yùn)行時(shí)才被撤消；2）線程的退出代碼從STILL_ACTIVE改為傳遞給ExitThread或TerminateThread的代碼；3）線程內(nèi)核對(duì)象狀態(tài)變?yōu)橐淹ㄖ?#xff1b;4）如果線程是進(jìn)程中的最后一個(gè)活動(dòng)線程，系統(tǒng)也將進(jìn)程視為已終止運(yùn)行；5）線程內(nèi)核對(duì)象的使用計(jì)數(shù)遞減1。一旦線程不再運(yùn)行，系統(tǒng)中就沒(méi)有別的線程能夠處理該線程的句柄，然而別的線程可以用GetExitCodeThread來(lái)檢查由hThread標(biāo)識(shí)的線程是否已經(jīng)終止運(yùn)行，如果它已經(jīng)終止運(yùn)行則確定它的退出代碼：BOOL GetExitCodeThread(HANDLE hThread,PDWORD pdwExitCode)，退出代碼的值在pdwExitCode指向的DWORD中返回，如果調(diào)用GetExitCodeThread函數(shù)時(shí)線程還未終止運(yùn)行，該函數(shù)就用STILL_ACTIVE標(biāo)識(shí)符（定義為0x103）填入DWORD，如果函數(shù)運(yùn)行成功便返回TURE值。

????????????????????????????????????????? ?如非? 2008-12-16

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的线程基础知识——Windows核心编程学习手札系列之六的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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