Delphi多線程編程

1-1 多線程的基本概念

      WIN 98/NT/2000/XP 是個多任務作業系統，也就是：一個進程可以劃分為多個線程，每個線程輪流佔用CPU 已耗用時間和資源，或者說，把CPU 時間劃成片，每個片分給不同的線程，這樣，每個線程輪流的“掛起”和“喚醒”，由於時間片很小，給人的感覺是同時啟動並執行。
      多線程帶來如下好處：（自己閱讀）
      1）避免瓶頸；
      2）並行操作；
      3）提高效率；
      在多線程中，通過優先順序管理，可以使重要的程式優先操作，提高了任務管理的靈活性。
      另一方面，在多CPU 系統中，可以把不同的線程在不同的CPU 中執行，真正做到同時處理多任務（Win 98 只是類比的，而Win/NT/2000是真正的多CPU同時操作）。

      多線程的兩個概念：

      1） 進程：也稱任務，程式載入記憶體，並分配資源，稱為“一個進程”。
     注意：進程本身並不一定要正在執行。進程由以下幾部分組成：
      a>一個私人的地址空間，它是進程可以使用的一組虛擬記憶體地址空間；
      b>程式的相關代碼、資料來源；
      c>系統資源，比如作業系統同步對象等；
      d>至少包含一個線程（主線程）；

      2） 線程：是程式的執行單位（線程本身並不包括程式碼，真正擁有代碼的是進程），每個進程至少包括一個線程，稱為主線程，一個進程如果有多個線程，就可以共用同一進程的資源，並可以並發執行。
      線程是進程的一個執行單元，是作業系統分配CPU 時間的基底實體，線程主要由如下兩部分組成：
      a>資料結構；
      b>CPU 寄存器和堆棧；
      一個進程中的線程，可以獨立運行，也可以控制另一個線程的運行。

      請注意：
      多線程不能濫用，書上提到了多線程的幾個缺點（自閱）。

      1-2 Tthread 對象

      雖然Windows 提供了比較多的多線程設計的API 函數，但是直接使用API 函數一方面極其不方便，而且使用不當還容易出錯。為解決這個問題，Borland 公司率先推出了一種Tthread 對象，來解決多線程設計上的困難，簡化了多線程問題的處理。
      應該注意，Tthread 對象是沒有執行個體的，它和介面的交流，主要依靠主表單（主VCL線程），這和其他對象使用上有些區別。

     一、Tthread 對象的主要方法

      構造線程：

      constructor Create(CreateSuspended:boolean)

      其中：CreateSuspended=true    構造但不喚醒
                                               false 構造的同時即喚醒

      也可以用如下方法

      inheried Create(CreateSuspended:boolean)

      掛起線程：

      suspend
    
      （把線程掛起的次數加一）

      喚醒線程：

      resume

      （注意：注意這個屬性是把線程掛起的次數減一，當次數為0 時，即喚醒。也就是說，線程掛起多少次，喚醒也需要多少次。同時掛起的時候將保持線程的地址指標不變，所以線程掛起後再喚醒，將從掛起的地方開始運行）

      析構（清除線程所佔用的記憶體）：

      destroy

      終止線程（後面會具體討論）:

      Terminate

      二、線程應用的簡單例子：

      下面通過一個例子說明上述方法的應用。我們知道，迴圈是獨佔性最強的運行方式之一，現在希望建立兩個線程對象，實現迴圈的並行運行。具體方法如下：

      File---New---Thread Object

      這就自動在主Form中建立了一個線程單元（在對話方塊裡寫上線程名字），預設的名字是Unit2。同樣方法建立第二個線程單元Unit3。
    
      要注意的是：Unit2和Unit3中有一個給定的過程：

      procedure Object.Execute;
      begin

      end;

      其中的程式是線程喚醒後自動執行的程式，也可以在裡面調用其他自訂的過程和函數。這個過程的結束，意味著線程程式的結束。
      為了構造線程，在interface的Type區，定義一個構造過程：

      type
        Object = class(TThread)    //自動給出的，也可以直接改

        private
     
        protected

           procedure Execute; override;
      
        public
        constructor create;        //自己寫的

       並且在implementation地區寫上：

       constructor Object.create;
       begin
         inherited create(true);
       end
    
      其中Object 為線程對象的名字。所以這麼寫，是希望在主Form中調用這個構造過程。
      Create()的參數用True，表明構造出的線程為掛起狀態。
      注意一下，在同一個線程對象裡，如果兩次構造，將產生兩個獨立的線程，不但運行是獨立的，而且使用線程的局部變數也是獨立的。但這裡為了簡化問題，還是建立了兩個獨立的線程對象，而且兩個迴圈數
是不同的，在並行運算時容易判斷出是兩個不同的程式在運行。   

      假定我們給兩個線程對象起的名字是：

      mymath1
      mymath2

      這樣在Unit1，應該作如下聲明：
  
      implementation

      {$R *.DFM}

      uses unit2,unit3;

      var thread1:mymath1;
          thread2:mymath2;

      這樣在主線程，將可以通過這兩個線程變數調用對應的線程方法。

      在主線程區構造線程的方法是：

      thread1:=mymath1.create;
      thread2:=mymath2.create;

      掛起：

      thread1.suspend;
      thread2.suspend;

      喚醒：

      thread1.resume;
      thread2.resume;

      析構：

       thread1.destroy;
       thread2.destroy;     

      這裡需要說明的是，由於線程單元需要調用Form的Edit控制項（對象），可以採用兩種方法：

      1） 線上程單元定義一個TEdit對象，例如

      edit4:Tedit;  

      在Execute過程內直接引用

      但在Unit1中一定要在FormCreate過程裡作一個賦值：

      procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
      begin
        thread1.edit4:=edit1;
      end;
    
      這樣，就把第一線程的edit4與Form上的edit1聯絡來。

      2）在第二個線程中首先聲明調用Unti1，也就是要加上
      Uses Unit1;

      這樣就可以在該線程單元直接調用主Form的控制項了，比如在Unit3中可以寫：

      form1.edit2.text:=inttostr(i)

      瞭解了這些基本規則，就可以寫出比較複雜的多線程程式了。
      還有一點要說明的，預設產生的線程單元，調用的單元只有一個：

      Uses Classes;

      這樣，往往很多函數和對象線上程單元裡不能使用，所以在必要時，應該根據需要User相應的單元，這個常式為了簡單，把大部分常用的單元都拷過去了，這並不是推薦的辦法，因為這樣一來會使程式的垃圾過
多，所以，一般要用什麼拷什麼。

      三、常用的API 函數

      在處理多線程問題的時候,也經常用到Windows提供的API 函數，需要說明的是，Tthread 對象內部封裝的方法，其實主要也是調用API 函數，但是，考慮更全面，更安全。而直接調用API 函數，往往會因為運用不當，出現一些不應有的錯誤。所以，我個人以為，只要用Tthread 對象的方法能解決的，就不要直接調用API 函數，API 函數只應該在用在Tthread 對象方法解決不了的時候。
      例如Tthread 對象方法內部調用API 函數的時候，一般使用推薦的預設值，但需要更精細的控制時，就可以直接使用API 函數。
      其實，Tthread 對象方法已經受到了大多數程式設計者的認可，比如，原來VB是不具備直接處理多線程的能力的，但是，現在VB.Net就宣稱，它具備了簡單處理多線程問題的能力，這就很說明問題。
      下面簡單介紹幾種API 函數，為了清晰方便，這裡著重在於說明，函數正確的描述可以自己閱讀書上的例子和手冊：
      構建線程：
   
      CreateThread(參數1，--安全屬性（一般=Nil，預設安全屬性）

                   參數2，--線程堆棧尺寸（一般=0，與主線程相同長度，而且可以根據需要自動變化）
                   參數3，--指向函數名指標，@函數名，這個參數十分重要，不正確將無法調用成功。
                   參數4，--使用者需要向線程傳遞的參數，是一個指向結構的指標，不需傳遞參數時，為Nil。
                   參數5）--傳入與線程有關的一些參數，例如：
                           CREATE_SUSPENDED    建立一個掛起的線程；
                           0 建立後立即啟用。

      書上有這個函數應用的十分清晰的例子，可以自己閱讀。
      一般並不推薦使用    CreateTheard函數，而推薦使用RTL 庫裡的System單元中定義的 BeginTheard函數，因為這除了能建立一個線程和一個入口函數以外，還增加了幾項保護措施，具體的請參閱書上的第10頁說明。

      對應suspend（掛起）和resume（喚醒）的兩個API 函數為：
    
      Function SuspendThread(hThread:Thandle):DWORD;

      Function ResumeThread（hThread:Thandle):DWORD;

      其中，Thandle被要求控制線程的控制代碼，函數調用成功，返回掛起的次數，調用不成功。則返回0xFFFFFFFF。

      四、線程的終止和退出：

      1)自動結束：

      一個線程從Execute()過程中退出，即意味著線程的終止，此時將調用Windows的ExitThread()函數來清除線程所佔用的堆棧。
      如果線程對象的 FreeOnTerminate 屬性設為True，則線程對象將自動刪除，並釋放線程所佔用的資源。
      這是消除線程對象最簡單的辦法。

      2)受控退出：

      利用線程對象的Terminate屬性，可以由進程或者由其他線程式控制制線程的退出。只需要簡單的調用該線程的Terminate方法，並設直線程對象的Terminate屬性為True。
      線上程中，應該不斷監視Terminate的值，一旦發現為True，則退出，例如在Execute()過程中可以這樣寫：

       While not Terminate do
         begin
            ........
         end;        

       3)退出的API 函數：

       關於線程退出的API 函式宣告如下：code

       Function TerminateThread(hThread:Thandle;dwExitCode:DWORD);

       不過，這個函數會使代碼立刻終止，而不管程式中有沒有
       
             try....finally

       機制，可能會導致錯誤，不到萬不得已，最好不要使用。

      4) 利用掛起線程的方法（suspend）

      利用掛起線程的suspend方法，後面跟個Free，也可以釋放線程，
例如：
    
      thread1.suspend;    //掛起
      thread2.free;       //釋放

      書上有相應的例子。

      五、 線程的優先順序：

      在多線程的情況下，一般要根據線程執行任務的重要性，給線程適當的優先順序，一般如果量的線程同時申請CPU 時間，優先順序高的線程優先。

      在Windows下，給線程的優先順序分為30級，而Delphi中Tthread 對象相對簡單的把優先順序分為七級。也就是在Tthread中聲明了一個枚舉類型TTthreadPriority:

      type

      TTthreadPriority(tpidle,tpLowest,tpLower,tpNormal,
                       tpHight,tpHighest,tpTimecrital)

      分別對應的是最低（系統空閑時有效，-15），較低（-2），低（-1），正常（普通0），高（1），較高（2），最高（15）。

      其中tpidle和tpTimecrital有些特殊，具體情況請閱讀書上有關內容。

      設定優先權可使用thread對象的priority屬性：
    
      threadObject.priority:=Tthreadpriority(層級);

      這裡給出了一個示範多線程優先順序的執行個體：

     1-3    在資料庫中使用多線程

     一）使用ADO模式

      由於Delphi 6.0的ADO 資料來源控制項內建了多線程能力，所以，在ADO模式下，使用多線程不需要做更多的工作。用兩個ADOTable控制項，分別連到兩個資料庫，並且分別通過DataSource控制項，與資料幫定控制項聯絡就可以了，這樣就可以實現前幕後處理資料庫問題。

     二）使用BDE模式和Tseeion對象

      如果需要使用BDE 模式，那麼多線程使用資料庫，就要考慮Session的問題。在單線程時，每個資料來源的建立就自動產生一個Session， 這是這個資料來源私人的關於資料庫資訊的檔案。但多線程時，必須統一管理，所以在BDE 中專門提供了一個Tsession對象，它可以同時管理不同的Databas資料來源對象。
      Databas資料來源可以接受來自不同資料平台的資料庫。

      資料庫1---databas(2)----table(Qurey)(3)---datasource
                   |               |
                   |               |
                   |---------    Tsession(1)
                   |               |
                   |               |
      資料庫2---databas(2)----table(Qurey)(3)---datasource

      方法：
      1）Tsession
         屬性：SessionName=名（自起）
               Active=true     （啟用）
      2）Database（可以有多個）
         屬性：SessionName=Tsession名
               Dataname=名（自起，作為Table的標識）
               AliasName=資料庫別名
               Connected=True （啟用）
      3）Table或Qurey
         屬性：SessionName=Tsession名（不要用預設值）
               DatabaseName=如果前面起了名，這裡就會出現Database
                            的名字。
               Tablename=表名
               Active=true （啟用）
       以後比如加入Datasoucre和其他一樣，這樣就可以構造兩個前幕後處理的資料庫管理系統了。            

     2-4 多線程的同步機制

      同步機制，實際上是事件驅動機制，意思是讓線程平時處於“休眠”狀態，除非發生某個事件才觸發。
      例如一個拷貝檔案，拷貝線程完成一個程式塊後，再喚醒進程條線程做一個格的填充。
      研究多線程的同步機制的必要性在於，多線程同步工作時，如果同時調用相同的資源，就可能會出現問題，一般讀出是不會有問題的，但是，如果寫入（全域變數、資料庫），就會發生衝突，甚至產生死
鎖和競爭問題。

一、使用Synchronize方法

      這個方法用於訪問VCL 主線程所管理的資源，其方法的應用是：
      第一步：把訪問主視窗（或主視窗控制項資源）的代碼放到線程的一個方法中；
      第二步：是線上程對象的Execute方法中，通過Synchronize方法使用該方法。
      執行個體：
      procedure Theater.Execute;
      begin
        Synchronize(update);      
      end;    

      procedure Theater.update;
      begin
        .........     
      end;      

      這裡通過 Synchronize使線程方法update同步。

二、使用VCL類的Look方法

      在Delphi的IDE提供的構件中，有一些對象內部提供了線程的同步機制，背景工作執行緒可以直接使用這些控制項，比如：Tfont，Tpen，TBitmap，TMetafile，Ticon等。另外，一個很重要的控制項對象叫TCanvas，提供了一個Lock方法用於線程的同步，當一個線程使用此控制項對象的時候，首先調用這個對象的Lock方法，然後對這個控制項進行操作，完畢後再調用Unlock方法，釋放對控間的控制權。
      例如：
      CanversObject.look;
           try
             畫圖
           finally
             CanversObject.unlock;
           end;
      {使用這個保護機制,保證不論有沒有異常，unlock都會被執行否則很可能會發生死結。在多線程設計的時候，應該很注意發生死結的問題}
     
    

三、Waitfor方法
      當一個線程應該等待另一個線程結束時，可以調用Waitfor方法。這個方法屬於等待線程對象，Waitfor方法的原型如下:

      Function Waitfor(Const Astring:string):string;
    
      比如在前面最基本的線程的例子中，喚醒線程的語句中加上

      thread1.resume;
      thread1.waitfor;
      thread2.resume;

      那麼所有的線程都必須等待thread1運行完畢後才能運行，其中包括主線程，可以預想，由於thread1調用了主表單的Edit控制項，那麼，在thread1運行中間，Edie1也不會顯示。
      這就告訴我們，這樣的代碼是不能作為主線程的一部分的，如果與主表單串連的線程內等待另一個線程結束，而另一個線程又要等待訪問使用者介面，就可能是程式陷於死結。
      這點在應用的時候要謹慎。

四、利用Windows的API 實現同步

      Windows API函數提供了很多同步技術，下面簡要介紹。

1）臨界區
   
     使用線程的時候，遇到的一個基本的問題，就是多個線程訪問同一個對象，比如訪問相同的檔案、DLL、相同的通訊資源，特別是資料庫的訪問，當多個線程對同一資料庫欄位寫入的時候，其結果會出
現不確定性。
      臨界區用於解決這個問題，它可以保證線程使用敏感性資料的時候，阻賽其他的線程訪問名幹資料，使用時首先要初始化，其聲明一個TRTLCriticalSection類型的變數：

var
    CS:TRTLCriticalSection;

初始化：

      initializeCriticalSection(cs);

獨佔   

EnterCriticalSection(cs);

解除獨佔

LeaveCriticalSection(CS);

      使用臨界區是比較方便而且概念比較清晰的的線程同步機制，應用比較廣泛。
      請注意，臨界區只能在一個進程內使用，首先要標記出把資料作為臨界區操作的那些代碼，在這部分代碼執行前，電腦首先要查看一下全域記錄，已確定是否有其它線程在臨界區中，同時也要查看這個臨界區是否和第一個臨界區相關，也就是說同一個程式中可能會有幾個不同的臨界區，然後電腦再決定運行策略。