Delphi 多线程编程(1)

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Delphi 多线程编程(1)

来源: 作者: 时间:2016-01-18 15:41 【

多线程应该是编程工作者的基础技能, 但这个基础我从来没学过,所以仅仅是看上去会一些,明白了2+2的时候,其实我还不知道1+1。开始本应该是一篇洋洋洒洒的文字, 不过我还是提倡先

多线程应该是工作者的基础技能, 但这个基础我从来没学过,所以仅仅是看上去会一些,明白了2+2的时候,其实我还不知道1+1。

开始本应该是一篇洋洋洒洒的文字, 不过我还是提倡先做起来, 在尝试中去理解.
先试试这个:
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  i: Integer;
begin
  for i := 0 to 500000 do
  begin
    Canvas.TextOut(10, 10, IntToStr(i));
  end;
end;

上面程序运行时, 我们的窗体基本是 "死" 的, 可以在你在程序运行期间拖动窗体试试...

Delphi 为我们提供了一个简单的办法(Application.ProcessMessages)来解决这个问题:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  i: Integer;
begin
  for i := 0 to 500000 do
  begin
    Canvas.TextOut(10, 10, IntToStr(i));
    Application.ProcessMessages;
  end;
end;

这个 Application.ProcessMessages; 一般用在比较费时的循环中, 它会检查并先处理消息队列中的其他消息.

但这算不上多线程, 譬如: 运行中你拖动窗体, 循环会暂停下来...

在使用多线程以前, 让我们先简单修改一下程序:

function MyFun: Integer;
var
  i: Integer;
begin
  for i := 0 to 500000 do
  begin
    Form1.Canvas.Lock;
    Form1.Canvas.TextOut(10, 10, IntToStr(i));
    Form1.Canvas.Unlock;
  end;
  Result := 0;
end;
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
  MyFun;
end;

细数上面程序的变化:
1、首先这还不是多线程的, 也会让窗体假 "死" 一会;
2、把执行代码写在了一个函数里, 但这个函数不属于 TForm1 的方法, 所以使用 Canvas 是必须冠以名称(Form1);
3、既然是个函数, (不管是否必要)都应该有返回值;
4、使用了 500001 次 Lock 和 Unlock.

Canvas.Lock 好比在说: Canvas(绘图表面)正忙着呢, 其他想用 Canvas 的等会;
Canvas.Unlock : 用完了, 解锁!

在 Canvas 中使用 Lock 和 Unlock 是个好习惯, 在不使用多线程的情况下这无所谓, 但保不准哪天程序会扩展为多线程的; 我们现在学习多线程, 当然应该用.

在 Delphi 中使用多线程有两种方法: 调用 API、使用 TThread 类; 使用 API 的代码更简单.

function MyFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
var
  i: Integer;
begin
  for i := 0 to 500000 do
  begin
    Form1.Canvas.Lock;
    Form1.Canvas.TextOut(10, 10, IntToStr(i));
    Form1.Canvas.Unlock;
  end;
  Result := 0;
end;
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  ID: THandle;
begin
  CreateThread(nil, 0, @MyFun, nil, 0, ID);
end;

代码分析:
CreateThread 一个线程后, 算上原来的主线程, 这样程序就有两个线程、是标准的多线程了;
CreateThread 第三个参数是函数指针, 新线程建立后将立即执行该函数, 函数执行完毕, 系统将销毁此线程从而结束多线程的故事.

CreateThread 要使用的函数是系统级别的, 不能是某个类(譬如: TForm1)的方法, 并且有严格的格式(参数、返回值)要求, 不管你暂时是不是需要都必须按格式来;
因为是系统级调用, 还要缀上 stdcall, stdcall 是协调参数顺序的, 虽然这里只有一个参数没有顺序可言, 但这是使用系统函数的惯例.

CreateThread 还需要一个 var 参数来接受新建线程的 ID, 尽管暂时没用, 但这也是格式; 其他参数以后再说吧.

这样一个最简单的多线程程序就出来了, 咱们再用 TThread 类实现一次

type
  TMyThread = class(TThread)
  protected
    procedure Execute; override;
  end;
 
procedure TMyThread.Execute;
var
  i: Integer;
begin
  FreeOnTerminate := True; {这可以让线程执行完毕后随即释放}
  for i := 0 to 500000 do
  begin
    Form1.Canvas.Lock;
    Form1.Canvas.TextOut(10, 10, IntToStr(i));
    Form1.Canvas.Unlock;
  end;
end;
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
  TMyThread.Create(False);
end;
 
TThread 类有一个抽象方法(Execute), 因而是个抽象类, 抽象类只能继承使用, 上面是继承为 TMyThread.

继承 TThread 主要就是实现抽象方法 Execute(把我们的代码写在里面), 等我们的 TMyThread 实例化后, 首先就会执行 Execute 方法中的代码.

按常规我们一般这样去实例化:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  MyThread: TMyThread;
begin
  MyThread := TMyThread.Create(False);
end;
因为 MyThread 变量在这里毫无用处(并且编译器还有提示), 所以不如直接写做 TMyThread.Create(False);

我们还可以轻松解决一个问题, 如果: TMyThread.Create(True) ?
这样线程建立后就不会立即调用 Execute, 可以在需要的时候再用 Resume 方法执行线程, 譬如:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  MyThread: TMyThread;
begin
  MyThread := TMyThread.Create(True);
  MyThread.Resume;
end;
 
//可简化为:
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
  with TMyThread.Create(True) do Resume;
end;

一、入门
㈠、

function CreateThread(
  lpThreadAttributes: Pointer;           {安全设置}
  dwStackSize: DWORD;                    {堆栈大小}
  lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine; {入口函数}
  lpParameter: Pointer;                  {函数参数}
  dwCreationFlags: DWORD;                {启动选项}
  var lpThreadId: DWORD                  {输出线程 ID }
): THandle; stdcall;                     {返回线程句柄}

在 Windows 上建立一个线程, 离不开 CreateThread 函数;
TThread.Create 就是先调用了 BeginThread (Delphi 自定义的), BeginThread 又调用的 CreateThread.
既然有建立, 就该有释放, CreateThread 对应的释放函数是: ExitThread, 譬如下面代码:

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
  ExitThread(0); {此句即可退出当前程序, 但不建议这样使用}
end;

代码注释:
当前程序是一个进程, 进程只是一个工作环境, 线程是工作者;
每个进程都会有一个启动线程(或叫主线程), 也就是说: 我们之前大量的编码都是写给这个主线程的;
上面的 ExitThread(0); 就是退出这个主线程;
系统不允许一个没有线程的进程存在, 所以程序就退出了.
另外: ExitThread 函数的参数是一个退出码, 这个退出码是给之后的其他函数用的, 这里随便给个无符号整数即可.

或许你会说: 这个 ExitThread 挺好用的; 其实不管是用 API 还是用 TThread 类写多线程, 我们很少用到它; 因为:
1、假如直接使用 API 的 CreateThread, 它执行完入口函数后会自动退出, 无需 ExitThread;
2、用 TThread 类建立的线程又绝不能使用 ExitThread 退出;
           因为使用 TThread 建立线程时会同时分配更多资源(譬如你自定义的成员、还有它的祖先类(TObject)分配的资源等等), 如果用 ExitThread 给草草退出了, 这些资源将得不到释放而导致内存泄露. 尽管 Delphi 提供了 EndThread(其内部调用 ExitThread), 这也不需要我们手动操作(假如非要手动操作也是件很麻烦的事情, 因为很多时候你不知道线程是什么时候执行完毕的).
除了 CreateThread, 还有一个 CreateRemoteThread, 可在其他进程中建立线程, 这不应该是现在学习的重点;
现在先集中精力把 CreateThread 的参数搞彻底.

倒着来吧, 先谈谈 CreateThread 将要返回的 "线程句柄".

"句柄" 类似指针, 但通过指针可读写对象, 通过句柄只是使用对象;
有句柄的对象一般都是系统级别的对象(或叫内核对象); 之所以给我们的是句柄而不是指针, 目的只有一个: "安全";
貌似通过句柄能做很多事情, 但一般把句柄提交到某个函数(一般是系统函数)后, 我们也就到此为止很难了解更多了; 事实上是系统并不相信我们.

不管是指针还是句柄, 都不过是内存中的一小块数据(一般用结构描述), 微软并没有公开句柄的结构细节, 猜一下它应该包括: 真实的指针地址、访问权限设置、引用计数等等.

既然 CreateThread 可以返回一个句柄, 说明线程属于 "内核对象".
实际上不管线程属于哪个进程, 它们在系统的怀抱中是平等的; 在优先级(后面详谈)相同的情况下, 系统会在相同的时间间隔内来运行一下每个线程, 不过这个间隔很小很小, 以至于让我们误以为程序是在不间断地运行.

这时你应该有一个疑问: 系统在去执行其他线程的时候, 是怎么记住前一个线程的数据状态的?
有这样一个结构 TContext, 它基本上是一个 CPU 寄存器的集合, 线程是数据就是通过这个结构切换的, 我们也可以通过 GetThreadContext 函数读取寄存器看看.

附上这个结构 TContext(或叫: CONTEXT、_CONTEXT) 的定义:

PContext = ^TContext;
_CONTEXT = record
  ContextFlags: DWORD;
  Dr0: DWORD;
  Dr1: DWORD;
  Dr2: DWORD;
  Dr3: DWORD;
  Dr6: DWORD;
  Dr7: DWORD;
  FloatSave: TFloatingSaveArea;
  SegGs: DWORD;
  SegFs: DWORD;
  SegEs: DWORD;
  SegDs: DWORD;
  Edi: DWORD;
  Esi: DWORD;
  Ebx: DWORD;
  Edx: DWORD;
  Ecx: DWORD;
  Eax: DWORD;
  Ebp: DWORD;
  Eip: DWORD;
  SegCs: DWORD;
  EFlags: DWORD;
  Esp: DWORD;
  SegSs: DWORD;
end;

CreateThread 的最后一个参数是 "线程的 ID";
既然可以返回句柄, 为什么还要输出这个 ID? 现在我知道的是:
1、线程的 ID 是唯一的; 而句柄可能不只一个, 譬如可以用 GetCurrentThread 获取一个伪句柄、可以用 DuplicateHandle 复制一个句柄等等.
2、ID 比句柄更轻便.

在主线程中 GetCurrentThreadId、MainThreadID、MainInstance 获取的都是主线程的 ID.
㈡、启动选项

function CreateThread(
  lpThreadAttributes: Pointer;
  dwStackSize: DWORD;
  lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine;
  lpParameter: Pointer;
  dwCreationFlags: DWORD; {启动选项}
  var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;CreateThread 的倒数第二个参数 dwCreationFlags(启动选项) 有两个可选值:
0: 线程建立后立即执行入口函数;
CREATE_SUSPENDED: 线程建立后会挂起等待.

可用 ResumeThread 函数是恢复线程的运行; 可用 SuspendThread 再次挂起线程.
这两个函数的参数都是线程句柄, 返回值是执行前的挂起计数.

什么是挂起计数?
SuspendThread 会给这个数 +1; ResumeThread 会给这个数 -1; 但这个数最小是 0.
当这个数 = 0 时, 线程会运行; > 0 时会挂起.
如果被 SuspendThread 多次, 同样需要 ResumeThread 多次才能恢复线程的运行.

在下面的例子中, 有新线程不断给一个全局变量赋随机值;
同时窗体上的 Timer 控件每隔 1/10 秒就把这个变量写在窗体标题;
在这个过程中演示了 ResumeThread、SuspendThread 两个函数.


//上面图片中演示的代码。
unit Unit1;
 
interface
 
uses
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
  Dialogs, StdCtrls, ExtCtrls;
 
type
  TForm1 = class(TForm)
    Button1: TButton;
    Button2: TButton;
    Button3: TButton;
    Timer1: TTimer;
    procedure Button1Click(Sender: TObject);
    procedure Button2Click(Sender: TObject);
    procedure Button3Click(Sender: TObject);
    procedure FormCreate(Sender: TObject);
    procedure Timer1Timer(Sender: TObject);
  end;
 
var
  Form1: TForm1;
 
implementation
 
{$R *.dfm}
 
var
  hThread: THandle; {线程句柄}
  num: Integer;     {全局变量, 用于记录随机数}
 
{线程入口函数}
function MyThreadFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
begin
  while True do {假如线程不挂起, 这个循环将一直循环下去}
  begin
    num := Random(100);
  end;
  Result := 0;
end;
 
{建立并挂起线程}
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  ID: DWORD;
begin
  hThread := CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, CREATE_SUSPENDED, ID);
  Button1.Enabled := False;
end;
 
{唤醒并继续线程}
procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);
begin
  ResumeThread(hThread);
end;
 
{挂起线程}
procedure TForm1.Button3Click(Sender: TObject);
begin
  SuspendThread(hThread);
end;
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
begin
  Timer1.Interval := 100;
end;
 
procedure TForm1.Timer1Timer(Sender: TObject);
begin
  Text := IntToStr(num);
end;
 
end.㈢、入口函数的参数

function CreateThread(
  lpThreadAttributes: Pointer;
  dwStackSize: DWORD;
  lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine;
  lpParameter: Pointer;  {入口函数的参数}
  dwCreationFlags: DWORD;
  var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;线程入口函数的参数是个无类型指针(Pointer), 用它可以指定任何数据; 本例是把鼠标点击窗体的坐标传递给线程的入口函数, 每次点击窗体都会创建一个线程.

运行效果图:


//上面演示的代码
unit Unit1;
 
interface
 
uses
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
  Dialogs;
 
type
  TForm1 = class(TForm)
    procedure FormMouseUp(Sender: TObject; Button: TMouseButton;
      Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
  end;
 
var
  Form1: TForm1;
 
implementation
 
{$R *.dfm}
 
var
  pt: TPoint; {这个坐标点将会已指针的方式传递给线程, 它应该是全局的}
 
function MyThreadFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
var
  i: Integer;
  pt2: TPoint;       {因为指针参数给的点随时都在变, 需用线程的局部变量存起来}
begin
  pt2 := PPoint(p)^; {转换}
  for i := 0 to 1000000 do
  begin
    with Form1.Canvas do begin
      Lock;
      TextOut(pt2.X, pt2.Y, IntToStr(i));
      Unlock;
    end;
  end;
  Result := 0;
end;
 
procedure TForm1.FormMouseUp(Sender: TObject; Button: TMouseButton;
  Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
var
  ID: DWORD;
begin
  pt := Point(X, Y);
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, @pt, 0, ID);
  {下面这种写法更好理解, 其实不必, 因为 PPoint 会自动转换为 Pointer 的}
  //CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, Pointer(@pt), 0, ID);
end;
 
end.
这个例子还有不严谨的地方: 当一个线程 Lock 窗体的 Canvas 时, 其他线程在等待; 线程在等待时, 其中的计数也还在增加. 这也就是说: 现在并没有去处理线程的同步; 同步是多线程中最重要的课题, 快到了.

另外有个小技巧: 线程函数的参数是个 32 位(4个字节)的指针, 仅就本例来讲, 可以让它的 "高16位" 和 "低16位" 分别携带 X 和 Y; 这样就不需要哪个全局的 pt 变量了.
其实在 Windows 的消息中就是这样传递坐标的, 在 Windows 的消息中一般高字节是 Y、低字节是 X; 咱们这么来吧, 这样还可以使用给消息准备的一些方便的函数.

重写本例代码(当然运行效果和窗体文件都是一样的):

unit Unit1;
 
interface
 
uses
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
  Dialogs;
 
type
  TForm1 = class(TForm)
    procedure FormMouseUp(Sender: TObject; Button: TMouseButton;
      Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
  end;
 
var
  Form1: TForm1;
 
implementation
 
{$R *.dfm}
 
function MyThreadFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
var
  i: Integer;
  x,y: Word;
begin
  x := LoWord(Integer(p));
  y := HiWord(Integer(p));
  {如果不使用 LoWord、HiWord 函数可以像下面这样: }
  //x := Integer(p);
  //y := Integer(p) shr 16;
  for i := 0 to 1000000 do
  begin
    with Form1.Canvas do begin
      Lock;
      TextOut(x, y, IntToStr(i));
      Unlock;
    end;
  end;
  Result := 0;
end;
 
procedure TForm1.FormMouseUp(Sender: TObject; Button: TMouseButton;
  Shift: TShiftState; X, Y: Integer);
var
  ID: DWORD;
  num: Integer;
begin
  num := MakeLong(X, Y);
  {如果不使用 MekeLong、Makearam、MakeLParam、MakeResult 等函数, 可以像下面这样: }
  //num := Y shl 16 + X;
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, Ptr(num), 0, ID);
  {上面的 Ptr 是专门将一个数字转换为指针的函数, 当然也可以这样: }
  //CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, Pointer(num), 0, ID);
end;
 
end.㈣、入口函数的指针

function CreateThread(
  lpThreadAttributes: Pointer;
  dwStackSize: DWORD;
  lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine; {入口函数的指针}
  lpParameter: Pointer; 
  dwCreationFlags: DWORD;
  var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;

到了入口函数了, 学到这个地方, 我查了一个入口函数的标准定义, 这个函数的标准返回值应该是 DWORD, 不过这函数在 Delphi 的 System 单元定义的是: TThreadFunc = function(Parameter: Pointer): Integer; 我以后会尽量使用 DWORD 做入口函数的返回值.

这个返回值有什么用呢?
等线程退出后, 我们用 GetExitCodeThread 函数获取的退出码就是这个返回值!

如果线程没有退出, GetExitCodeThread 获取的退出码将是一个常量 STILL_ACTIVE (259); 这样我们就可以通过退出码来判断线程是否已退出.

还有一个问题: 前面也提到过, 线程函数不能是某个类的方法! 假如我们非要线程去执行类中的一个方法能否实现呢?
尽管可以用 Addr(类名.方法名) 或 MethodAddress('published 区的方法名') 获取类中方法的地址, 但都不能当做线程的入口函数, 原因可能是因为类中的方法的地址是在实例化为对象时动态分配的.
后来换了个思路, 其实很简单: 在线程函数中再调用方法不就得了, 估计 TThread 也应该是这样.

下面的例子就尝试了用线程调用 TForm1 类中的方法, 并测试了退出码的相关问题.


unit Unit1;
 
interface
 
uses
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
  Dialogs, StdCtrls;
 
type
  TForm1 = class(TForm)
    Button1: TButton;
    Button2: TButton;
    procedure Button1Click(Sender: TObject);
    procedure Button2Click(Sender: TObject);
    private
      procedure FormProc; {准备给线程使用的方法}
  end;
 
var
  Form1: TForm1;
 
implementation
 
{$R *.dfm}
 
var
  hThread: THandle;
 
{线程入口函数}
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall;
begin
  Form1.FormProc; {调用 TForm1 类的方法}
  Result := 99;   {这个返回值将成为线程的退出代码, 99 是我随意给的数字}
end;
 
{TForm1 的方法, 本例中是给线程的入口函数调用的}
procedure TForm1.FormProc;
var
  i: Integer;
begin
  for i := 0 to 200000 do
  begin
    with Form1.Canvas do begin
      Lock;
      TextOut(10, 10, IntToStr(i));
      Unlock;
    end;
  end;
end;
 
{建立并执行线程}
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var
  ID: DWORD;
begin
  hThread := CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ID);
end;
 
{获取线程的退出代码, 并判断线程是否退出}
procedure TForm1.Button2Click(Sender: TObject);
var
  ExitCode: DWORD;
begin
  GetExitCodeThread(hThread, ExitCode);
 
  if hThread = 0 then
  begin
    Text := '线程还未启动';
    Exit;
  end;
 
  if ExitCode = STILL_ACTIVE then
    Text := Format('线程退出代码是: %d, 表示线程还未退出', [ExitCode])
  else
    Text := Format('线程已退出, 退出代码是: %d', [ExitCode]);
end;
 
end.㈤、堆栈大小

function CreateThread(
  lpThreadAttributes: Pointer;
  dwStackSize: DWORD;  {堆栈大小}
  lpStartAddress: TFNThreadStartRoutine; 
  lpParameter: Pointer; 
  dwCreationFlags: DWORD;
  var lpThreadId: DWORD
): THandle; stdcall;

 

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