Windows多線程間同步事件的控制方法 (收藏)

 

摘要：在Windows 95中所有的應用程式實際上都以是線程的方式啟動並執行。在設計多線程應用程式中有時必須線上程之間保持一定的同步關係，才能使使用者能夠對獨立啟動並執行線程進行有效控制。
為此本文在簡要介紹Windows 95中線程的概念及其建立方法後，提出了一種在多線程之間利用 event對象實現事件同步的控制方法。最後還介紹了在不同應用程式之間進行同步事件控制的方法，這種方法使得不同應用程式進行相互間的同步事件控制變得很簡單。
　　關鍵詞：Windows95 線程
　　同步事件 event
　　對象 Win32

　　一. 引言

　　Windows 95是一個多任務、多線程的作業系統，其中的每一個應用程式都是一個進程（process）。進程可以建立多個並發的線程（thread），同時進程也以主線程（primarythread) 的形式被系統調度。所謂的線程是系統調度的一個基本單位，在程式中線程是以函數的形式出現的，它的代碼是進程代碼的一部分，並與進程及其派生的其它線程共用進程的全域變數和檔案開啟表等公用資訊。主線程類似於UNIX系統中的父進程，線程則類似於子進程。主線程也是一個線程，稱作主線程僅僅是為了和它建立的線程區別開來。每個線程都相對於主線程而獨立運行，為了使得線程能對使用者的控製作出響應，必須控制線程的運行，比如使用者可暫停、終止一個線程的運行或改變線程啟動並執行條件等。而且在使用者控制與線程運行之間有時應該有一定的同步控制關係，以保證使用者對線程的有效控制。線程可以根據不同的條件對使用者的控製作出不同的響應。為了實現上述目的必須使用系統提供的同步對象（Synchronization Object），如event對象。編寫多線程應用程式必須使用Win32 API。
　　二. 線程的建立方法

　　調用Win32 API中的CreateThread函數建立線程。hThread=CreateThread(NULL,0,&TEventWindow:: ThreadFunc,this,0,&hThreadId);第一個參數設定線程的安全屬性，因其僅用於Windows NT，故不設定。第二個參數為0指定線程使用預設的堆棧大小。第三個參數指定線程函數，線程即從該函數的入口處開始運行，函數返回時就意味著線程終止運行。第四個參數為線程函數的參數，可以是指向任意資料類型的指標。第五個參數設定線程的產生標誌。hThreadId存放線程的標識號。線程函數如下定義，上述的 this參數是指向線程所屬視窗的控制代碼指標，通過thrdWin參數傳送過來，利用這個指標再調用相應的LoopFunc函數，線程的具體事務都在這個函數中執行。

DWORD _stdcall TEventWindow::ThreadFunc(void *thrdWin){
return STATIC_CAST(TEventWindow*,thrdWin)->LoopFunc( );
}

　　三. 線程的同步事件控制方法

　　Windows 95提供兩種基本類型的系統對象，一種是彼此互斥的對象，用來協調訪問資料，如 mutex對象；一種是事件同步對象，用來發送命令或觸發事件，安排事件執行的先後次序，如 event對象。系統對象在系統範圍內有效，它們都具有自己的安全屬性、存取權限和以下兩種狀態中的一種：Signaled和nonSignaled。對於event對象調用SetEvent函數可將其狀態設為Signaled，調用ResetEvent函數則可將其狀態設為nonSignaled。示範程式中的線程在一個大迴圈中不斷地將運行結果顯示出來，當使用者要關閉視窗時線程才終止運行。不過必須在視窗關閉之前先終止線程的運行，否則線程啟動並執行結果將會顯示在螢幕的其他地方，所以有必要線上程結束與關閉視窗這兩個事件之間建立起同步關係。為此在TEventWindow類的建構函式中建立兩個 event對象，用來實現事件同步。

         hCloseEvent=CreateEvent(0,FALSE,FALSE,0); hNoCloseEvent=CreateEvent(0,FALSE,FALSE,0);

        第二個參數為FALSE 表示建立的是一個自動event對象，第三個參數為FALSE表示對象的初始狀態為nonSignaled，第四個參數為0表示該對象沒有名字。

　　在TEventWindow類的建構函式中還同樣建立hWatchEvent和hNtyEvent對象，初始狀態都為nonSignaled。使用者要關閉視窗時，程式首先調用CanClose 函數，在該函數中設定hCloseEvent對象的狀態為Signaled，利用這個方法來通知線程，要求線程終止運行。然後主線程調用函數 WaitForMultipleObjects（該函數以下簡稱wait函數），wait函數先判斷對象hThread和hNoCloseEvent中任意一個的狀態是否為Signaled，如果都不是就堵塞主線程的運行，直到上述條件滿足；如果有一個對象的狀態為Signaled，wait函數就返回，不再堵塞主線程。如果對象是自動 event對象，wait函數在返回之前還會將對象的狀態設為nonSignaled。wait函數中的參數FALSE表示不要求兩個對象的狀態同時為 Signaled，參數-１表示要無限期地等待下去直到條件滿足，參數２表示SignalsC數組中有兩個對象。

　　在Windows 95中線程也被看作是一種系統對象，同樣具有兩種狀態。線程運行時其狀態為nonSignaled，如果線程終止運行，則其狀態被系統自動設為 Signaled（可以通過線程的控制代碼hThread得到線程狀態），此時wait函數返回０，表示第一個對象滿足條件，於是CanClose返回TRUE表示視窗可以關閉；如果線程不能滿足終止啟動並執行條件，就設定hNoCloseEvent 對象的狀態為Signaled，此時wait函數返回1，表示第二個對象滿足條件，於是CanClose返回FALSE表示視窗暫時還不能關閉。 BOOL TEventWindow::CanClose(){

HANDLE SignalsC[2]={hThread,hNoCloseEvent};

SetEvent(hCloseEvent);

if(WaitForMultipleObjects(2,SignalsC,FALSE,-1)==0) return TRUE;

else return FALSE;

}

　　另一個使用者控制的例子是，使用者使主線程暫停運行直到線程滿足某種條件為止。比如使用者選擇“Watch”菜單後，主線程調用如下函數開始對線程的運算資料進行監測。首先設定hWatchEvent對象的狀態為Signaled，以此來通知線程，主線程此時已進入等待狀態並開始對資料進行監測，然後主線程調用wait函數等待線程的回應。線程在滿足某個條件後就設定hNtyEvent對象的狀態為Signaled，使主線程結束等待狀態，繼續運行。

void TEventWindow::CmWatch(){

SetEvent(hWatchEvent);

WaitForSingleObject(hNtyEvent,-1);

::MessageBox(GetFocus(),"線程已符合條件,主線程繼續運行!","",MB_OK);

}

　　線程函數所調用的LoopFunc是一個大迴圈，它不斷地判斷同步對象的狀態，並根據這些對象的狀態執行相應的操作，這些對象在數組 SignalsL中列出。在這個數組中各元素的排列順序是很重要的，前兩個對象分別對應兩種不同的使用者控制事件，通過判斷對象的狀態可以知道發生的是哪一種使用者控制。只有當前面兩個對象的狀態都不是Signaled時才會判斷第三個對象的狀態，這樣一方面保證線程能檢測到所有的使用者控制事件，另一方面又保證了在不發生使用者控制事件時線程也能繼續運行。為此特地在TEventWindow類的建構函式中建立的對象hNoBlockEvent的狀態始終為 Signaled。

　　hNoBlockEvent=CreateEvent(0,TRUE,TRUE,"MyEvent");

　　第二個參數為TRUE表示建立的是一個手工event對象，其狀態是不會被wait函數所改變的，除非顯式地調用ResetEvent函數。第三個參數為TRUE表示對象初始狀態為Signaled，第四個參數定義了該對象的名字為“MyEvent”。LoopFunc函數調用wait函數，如果檢測到hCloseEvent的狀態為Signaled，此時wait函數返回0，線程知道使用者要關閉視窗了，就判斷線程是否可以終止，條件是iCount>100，如果滿足終止條件LoopFunc函數就返回，實際上就終止了線程的運行；如果不滿足條件線程就設定 hNoCloseEvent對象的狀態為Signaled，讓主線程知道線程暫時還不能終止。由於hCloseEvent是自動event對象，所以 wait函數返回0時還會將對象hCloseEvent的狀態設定為nonSignaled，這樣在第二次迴圈時，wait函數就不會判斷出 hCloseEvent對象的狀態為Signaled，避免了線程錯誤地再次去判斷是否會滿足終止條件。如果wait函數檢測到對象 hWatchEvent的狀態為Signaled，此時wait函數返回1，線程知道主線程已進入等待狀態並在對資料進行監測，就設定變數bWatch的值為TRUE。如果前面的兩個事件都未發生，則前面兩個對象的狀態都為nonSignaled，於是wait函數就檢測第三個對象的狀態，由於第三個對象hNoBlockEvent 的狀態始終為Signaled，所以線程就無阻礙地繼續運行下去，將變數iCount不斷加一，當變數大於200時，如果bWatch為TRUE，就設定 hNtyEvent的狀態為

Signaled，從而使主線程停止等待，繼續運行。

DWORD TEventWindow::LoopFunc(){

HANDLE SignalsL[3]={hCloseEvent,hWatchEvent,hNoBlockEvent};

static BOOL bWatch=false;int dwEvent;

while(1){

dwEvent=WaitForMultipleObjects(3,SignalsL,FALSE,-1);

switch(dwEvent){

case 0: if(iCount>100) return 0;

else SetEvent(hNoCloseEvent);

break;

case 1: bWatch=TRUE;break;

case 2: ++iCount;

if(bWatch && iCount>200) SetEvent(hNtyEvent);

break;

}

}

}

　　四. 進程間的多線程同步事件控制方法

　　由於event對象是系統範圍內有效，所以另一個進程（即一個應用程式,本身也是一個線程）可調用OpenEvent函數，通過對象的名字獲得對象的控制代碼，但對象必須是已經建立的，然後可將這個控制代碼用於ResetEvent、SetEvent和WaitForMultipleObjects等函數中。這樣可以實現一個進程的線程式控制制另一進程產生的線程的運行。如下面的語句就是通過對象名字“MyEvent”獲得了上面進程產生的hNoBlockEvent對象的控制代碼，再使用這個控制代碼將對象狀態設為nonSignaled。在上述的 LoopFunc函數中由於該對象的狀態已經改變，使得上面的線程暫停運行。

HANDLE hEvent=OpenEvent(EVENT_ALL_ACCESS,true,"MyEvent");

ResetEvent(hEvent);

　　OpenEvent函數的第一個參數表示函數的調用線程對event對象的存取權限，比如讓線程擁有對象所有的存取權限，就選參數 EVENT_ALL_ACCESS，這樣線程就能用ResetEvent函數改變對象的狀態；參數true表示由這個進程派生的子進程可以繼承該控制代碼；最後一個參數指出了event對象的名字。用下面的語句設定對象hNoBlockEvent的狀態為Signaled，就可以使線程繼續運行，如 SetEvent(hEvent)。

　　進程不再使用該控制代碼時盡可以用CloseHandle函數關閉物件控點，但對於同一個event對象而言，因為它可能還在別的線程中被使用，所以只有在它的所有被引用的控制代碼都關閉後對象才會被系統釋放，文中提到的所有 event對象在主線程和線程之間以及在不同的進程之間所起的控製作用１所示：

① ┌───────┐ ①:關閉視窗
┌──→─┤ hCloseEvent ├───┐ ②:對上面事件的反應
│ └───────┘ │ ｜
│ ┌───────┐ ↓ ｜ 暫停/恢複線程的運行
│ │ hThread 或 │②┌─┴─┐ ┌───────┐ ┌───┐
┌─┴─┐ ┌┤hNoCloseEvent ├←┤ 線程 ├←┤hNoBlockEvent ├←┤進程 2│
│主線程├←┘└───────┘ └┬─┬┘ └───────┘ └───┘
│/進程1├→┐┌───────┐ ↑ │ ｜不同進程之間
└─┬─┘⑴└┤ hWatchEvent ├──┘ │ ｜的地址界限
↑ └───────┘ │
│ ┌───────┐ │ ⑴:監測資料
└────┤ hNtyEvent ├←───┘ ⑵:線程滿足監測條件
└───────┘⑵

圖1 event對象在多線程間同步事件控制中的作用

　　五. 結束語

　　多線程編程技術在多媒體、網路通訊、數學計算和即時控制方面有著很廣闊的應用前景。當然在實際編程中情況往往是很複雜的，這時應注意的是如何將任務準確地劃分成可並發的線程以及象文中提到的SignalsL數組中元素的排列順序等問題。本文所講內容對於在Windows NT或在某些支援多線程的UNIX系統中設計多線程應用程式也是有所協助的。