Windows多线程编程及调试.ppt

Windows多线程编程及调优 Win32 API是 Windows操作系统为内核以及应用程序 之间提供的接口，将内核提供的功能进行函数封装， 应用程序通过调用相关的函数获得相应的系统功能。 MFC是微软基础函数类库 (Microsoft Foundation Classes)，由微软提供的，用类库的方式将 Win32 API 进行封装 , 以类的方式提供给开发者。 .NET Framework 由两部分构成：公共语言运行库 （ Common Language Runtime ， CLR）和 Framework 类库（ Framework Class Library ， FCL）。 .NET 基 础类库的 System.Threading命名空间提供了大量的类 和接口来支持多线程。所有与多线程机制相关的类 都存放在 System.Threading命名空间中。 使用 Win32线程 API Win32函数库中提供了操作多线程的函数，包括创建 线程、管理线程、终止线程、线程同步等接口。 线程函数： DWORD WINAPI ThreadFunc (LPVOID lpvThreadParm) 线程创建 HANDLE CreateThread ( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, SIZE_T dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId ); CreateThread不会执行 C运行时数据块， 因此在 C运 行时库的应用程序中，不能使 CreateThread创建线程， 微软提供了另外的创建方法：创建线程用 process.h 头文件中声明的 c执行时期链接库函数 _beginthread 函数， uintptr_t _beginthread( void( *start_address )( void * ), unsigned stack_size, void *arglist ); 使用 Win32线程 API 线程管理 控制和操作线程（管理）， Windows允许对创建的线程进 行挂起或运行操作，进入相应的状态。线程中的每个线程 都有挂起计数器，当挂起计数器为 0时，线程被执行，当 挂起计数器值大于 0时，调度器不去调度该线程 。 不能够直接访问现成的挂起计数器，可以通过调用 API函数来改变它的值，两个函数： DWORD SuspendThread(HANDLE hThread) ：挂起操作， 如果函数执行成功，线程中止执行，调用一次，线程挂起 计数器值增 1 ； DWORD ResumeThread(HANDLE hThread) ：用于结束线 程的挂起状态操作，每次调用该函数，线程挂起计数器值 减 1，若挂起计数器值为 0，则不会再减。 线程等待 Win32 API提供了一组能使线程阻塞其自身执行的等待函 数 WaitForSingleObject、 WaitForMultipleObject。这些 函数在其参数中的一个或多个同步对象中产生了信号，或 者在超过规定的时间才返回。在等待函数未返回时，线程 处于等待状态，线程不消耗 CPU时间 . 线程终结 线程函数返回时，线程自动终止，如果需要在线程的执行 过程中终止则可调用 ExitThread函数。如果在线程之外终 止线程，可以调用 TerminateThread函数。 线程同步的实现 在 Win32中，同步的机制主要有以下几种： 全局变量 事件 (Event) 临界区 (Critical section) 互斥量 (Mutex) 信号量 (Semaphore) 全局变量 进程中的所有线程都可以访问所有的全局变量，全局变量 成为 win32多线程通信的最简单方式 事件 (Event) 事件 (Event) Win32提供的最灵活的线程间同步方式 . 事件存在两种状态： 激发状态 ; 未激发状态 . 创建事件函数原型 : HANDLE CreateEvent( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpEventAttributes, BOOL bManualReset, BOOL bInitialState, LPCTSTR lpName ); 事件 (Event) 事件设置分类： 手动设置：这种对象只能用程序来手动设置，在需要该事 件或者事件发生时，采用 SetEvent及 ResetEvent来进行设置。 SetEvent只有一个参数，该参数指定了时间对象的句柄值，若事件 成功激发，返回 TRUE; ResetEvent函数将事件对象恢复到最初的非激发状态，只有一个参 数，成功后返回真 . 自动恢复：一旦事件发生并被处理后，将自动恢复到没有 事件状态，因此不需要再次设置。 事件机制应用实例 : 有三个线程：主、读、写。读线程必须在写线程完成写操 作之后进行读操作，主线程必须在读线程进行完读操作之 后才结束 . 临界区 临界区：防止多个线程同时执行一个特定代码段的 机制，适用于多个线程操作之间没有先后顺序但要 求互斥的同步。 多个线程访问同一个临界区的原则： 一次最多只能一个线程停留在临界区内； 不能让一个线程无限地停留在临界区内，否则其他线程将 不能进入该临界区。 临界区变量定义方法： CRITICAL_SECTION gCritical_Section;（全局 ） 临界区 相关的 API ： 初始化临界区 InitializeCriticalSection( 删除临界区 DeleteCriticalSection( 进入临界区 EnterCriticalSection( 离开临界区 LeaveCriticalSection( 临界区同步机制实例： 例如一个银行系统有两个线程执行取款任务，一个使用存 折在柜台取款，另一个使用银行卡在 ATM机上取款。若 不加控制，很可能帐户余额不足于两次取款的总额，但还 是能把款取走。如： 100元被取走 110元。 互斥量 互斥量：协调多个线程的活动，通过锁定和取消锁定资源， 控制对共享资源的访问。作用就是保证每次只能有一个线程 获得互斥量，解锁互斥量的线程一定也是对其加锁的线程。 创建函数： HANDLE CreateMutex( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpMutexAttributes, BOOL bInitialOwner, LPCTSTR lpName ); 相关的 API操作如下： CreateMutex创建一个互斥量，返回对象句柄 OpenMutex打开并返回一个已存在的互斥对象句柄，使之后续访问。 ReleaseMutex释放对互斥量的占用，使之成为可用。 信号量 信号量是一个核心对象，拥有一个计数器，可用来 管理大量有限的系统资源，当计数器大于 0时，信号 量为有信号状态，当计数值为 0时，信号量就处于无 信号状态。 创建信号量 HANDLE CreateSemaphore( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSA, LONG lInitialCount, LONG lMaximumCount, LPCTSTR lpName ); 信号量 释放信号量 BOOL ReleaseSemaphore( HANDLE hSemaphore, LONG lReleaseCount, LPLONG lpPreviousCount ); 打开信号量 HANDLE OpenSemaphore( DWORD dwDesiredAccess, BOOL bInheritHandle, LPCTSTR lpName ); MFC线程同步实现 MFC通过全局函数 afxBeginThread() 来创建一个 CWinThread对象。 MFC同步类 CCriticalSection 只允许当前进程中的一个线程访问某个对 象的同步类 CMutes 只允许系统中一个进程内的一个线程访问某个对 象的同步类 CSymaphore 只允许一到某个指定数目个线程同时访问某 个对象的同步类 CEvent 当某个事件发生时通知一个应用程序的同步类 MFC线程同步实现 实例：创建 MFC AppWizard Exe工程，对 4个数组排序 后，通过信号量同步机制，依次显示每个数组经过 排序后的输出。 HANDLE g_hBusy; HWND hwnd; int k=0; long data1 = 12,32,47,763,75,43,86,42; long data2 = 432,68,36,84,47,73,732,46; long data3 = 435,754,37,765,48,785,326,78; long data4 = 54,76,93,457,456,34,94,50; .NET Framework多线程的实现 创建辅助（或从属）线程的第一个步骤是创建 ThreadStart 代理，指定要由该线程执行的线程函数。 然后将 ThreadStart 代理传递给 Thread 类的构造函数。 ThreadStart starter = new ThreadStart(MyFunction); Thread t = new Thread(starter); t.Start(); 线程创建好后，可以使用 Thread类下的方法对线程进行控制： Resume 继续已挂起的线程。 Sleep 将当前线程阻塞指定的毫秒数。 Suspend 挂起线程。 Abort 调用此方法通常会终止线程。 .NET框架下同步机制实现 .NET framework提供了很多的类和数据类型来控制 对共享资源的访问。 Monitor类 WaitHandle类 Mutex类 AutoResetEvent类 InterLocked类 lock 关键字将语句块标记为临界区，方法是获取给 定对象的互斥锁，执行语句，然后释放该锁。此语 句的形式如下： Object thisLock = new Object(); lock (thisLock) / Critical code section