Delphi关于多线程同步的一些方法

(注:本文为转载  http://hi.baidu.com/navy1130/blog/item/468fcdc448794fce38db49ee.html)
线程是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元。一个应用可以有一个主线程,一个主线程可以有多个子线程,子线程还可以有自己的子线程,这样就构成了多线程应用了。由于多个线程往往会同时访问同一块内存区域,频繁的访问这块区域,将会增加产生线程冲突的概率。一旦产生了冲突,将会造成不可预料的结果(比如:该公用区域的值是不可预料的),可见处理线程同步的必要性。
   (注意:本文中出现的所有代码都是用DELPHI描述的,调试环境为Windows me ,Delphi 6。其中所涉及的Windows API函数可以从MSDN获得详细的文档。)
   首先引用一个实例来引出我们以下的讨论,该实例没有采取任何措施来避免线程冲突。

        它的主要过程为:由主线程启动两个线程对letters这个全局变量进行频繁的读写,然后分别把修改的结果显示到ListBox中。由于没有同步这两个线程,使得线程在修改letters时产生了不可预料的结果。

        ListBox中的每一行的字母都应该一致,但是上图画线处则不同,这就是线程冲突产生的结果。当两个线程同时访问该共享内存时,一个线程还未对该内存修改完,另一个线程又对该内存进行了修改,由于写值的过程没有被串行化,这样就产生了无效的结果。可见线程同步的重要性。
   以下是本例的代码
   unit.pas文件
   unit Unit1;
   interface
   uses
   Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
   Dialogs, StdCtrls;
  
   //定义窗口类
   type
   TForm1 = class(TForm)
      ListBox1: TListBox;
      ListBox2: TListBox;
      Button1: TButton;
      procedure Button1Click(Sender: TObject);
   private
      { Private declarations }
   public
      { Public declarations }
   end;
  
   //定义线程类
   type
   TListThread=class(TThread)
      private
      Str:String;
   protected
      procedure AddToList;//将Str加入ListBox组件
      Procedure Execute;override;
   public
      LBox:TListBox; //定义一个线程内公共变量,接收从进程传进来的TListBox;
   end;


   //定义变量
   var
      Form1: TForm1;
      Letters:String='AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA';//全局变量
  
   implementation
  
   {$R *.dfm}
  
   //线程类实现部分
   procedure TListThread.Execute;
   var
      I,J,K:Integer;
   begin
      for i:=0 to 50 do
      begin
        for J:=1 to 20 do
        for K:=1 to 1000 do//循环1000次增加产生冲突的几率
        if letters[j]<'Z' then
          letters[j]:=succ(Letters[j])
        else
         letters[j]:='A';
         str:=letters;
         synchronize(addtolist);//同步访问VCL可视组件(本例中,这个同步可以不要,见Button1Click);
      end;
   end;
  
   procedure TListThread.AddToList;
   begin
      LBox.Items.Add(str);//将str加入列表框
   end;
  
   //窗口类实现部分
   procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
   var
      th1,th2:TListThread;
   begin
      Listbox1.Clear;
      Listbox2.Clear;
      th1:=tlistThread.Create(true);//创建线程1
      th2:=tlistThread.Create(true);//创建线程2
      th1.LBox:=listBox1;//不同的VCL控件;
      th2.LBox:=listBox2;//不同的VCL控件;
      th1.Resume;//开始执行
      th2.Resume;
   end;
   end.
  
   由上例可见,当多个线程同时修改一个公用变量时,会产生冲突,所以我们要设法防止它,这样我们开发的多线程应用才能够稳定地运行。下面我们来改进它。我们先使用临界段来串行化,实现同步。
     在上例unit1.pas代码的uses段中加入SyncObjs单元,
     加入全局临界段变量:Critical1:TRTLCriticalSection
     在FormCreate事件中加入:InitializeCriticalSection(Critical1)这句代码,
     在FormDestroy事件中加入DeleteCriticalSection(Critical1)这句代码,
     然后修改TListThread.Execute函数,修改后的代码似如下所示(?处为增加的代码):
   procedure TListThread.Execute;
   var
      I,J,K:Integer;
   begin
      for i:=0 to 50 do
      begin

            //进入临界段
        EnterCriticalSection(Critical1);
        for J:=1 to 20 do
          for K:=1 to 3000 do
            if letters[j]<'Z' then
              letters[j]:=succ(Letters[j])
           else
              letters[j]:='A';
        str:=letters;

             //退出临界段
        LeaveCriticalSection(Critical1);


        synchronize(addtolist);
   end;
   end;


   好了,重新编译,运行结果如下图所示(略)
  
   程序成功的避免了冲突,看来真的很简单,我们成功了!当然我们还可以使用其它同步技术如Mutex(互斥对象), Semaphore(信号量)等,这些技术都是Windows通过API直接提供给我们的。
  

 


   下面总结一下Windows常用的几种线程同步技术。
   1. Critical Sections(临界段),源代码中如果有不能由两个或两个以上线程同时执行的部分,可以用临界段来使这部分的代码执行串行化。

        它只能在一个独立的进程或一个独立的应用程序中使用。

        使用方法如下:
   //在窗体创建中
   InitializeCriticalSection(Critical1)
   //在窗体销毁中
   DeleteCriticalSection(Critical1)
   //在线程中
   EnterCriticalSection(Critical1)
   ……保护的代码
   LeaveCriticalSection(Critical1)


   2. Mutex(互斥对象),是用于串行化访问资源的全局对象。我们首先设置互斥对象,然后访问资源,最后释放互斥对象。在设置互斥对象时,如果另一个线程(或进程)试图设置相同的互斥对象,该线程将会停下来,直到前一个线程(或进程)释放该互斥对象为止。

        注意它可以由不同应用程序共享。

        使用方法如下:
   //在窗体创建中
   hMutex:=CreateMutex(nil,false,nil)
   //在窗体销毁中
   CloseHandle(hMutex)
   //在线程中
   WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE)
   ……保护的代码
   ReleaseMutex(hMutex)


   3. Semaphore(信号量),它与互斥对象相似,但它可以计数。例如可以允许一个给定资源同时同时被三个线程访问。其实Mutex就是最大计数为一的Semaphore。

       使用方法如下:
   //在窗体创建中
   hSemaphore:= CreateSemaphore(nil,lInitialCount,lMaximumCount,lpName)
   //在窗体销毁中
   CloseHandle(hSemaphore)
   //在线程中
   WaitForSingleObject(hSemaphore,INFINITE)
   ……保护的代码
   ReleaseSemaphore(hSemaphore, lReleaseCount, lpPreviousCount)


   4. 还可以使用Delphi中的TcriticalSection这个VCL对象,它的定义在Syncobjs.pas中。
  
   当你开发多线程应用时,并且多个线程同时访问一个共享资源或数据时,你需要考虑线程同步的问题了。
  

 


   delphi中多线程同步的一些方法
   [ 2006-01-09 10:48:03 | 作者: snox 字体大小:大 |中 |小 ]
   当有多个线程的时候,经常需要去同步这些线程以访问同一个数据或资源。例如,假设有一个程序,其中一个线程用于把文件读到内存,而另一个线程用于统计文件中的字符数。当然,在把整个文件调入内存之前,统计它的计数是没有意义的。但是,由于每个操作都有自己的线程,操作系统会把两个线程当作是互不相干的任务分别执行,这样就可能在没有把整个文件装入内存时统计字数。为解决此问题,你必须使两个线程同步工作。
   存在一些线程同步地址的问题,Win32提供了许多线程同步的方式。在本节你将看到使用临界区、 互斥、信号量和事件来解决线程同步的问题。
   1. 临界区
   临界区是一种最直接的线程同步方式。所谓临界区,就是一次只能由一个线程来执行的一段代码。如果把初始化数组的代码放在临界区内,另一个线程在第一个线程处理完之前是不会被执行的。
   在使用临界区之前,必须使用InitializeCriticalSection()过程来初始化它。
   其声明如下:
   procedure InitializeCriticalSection(var

        lpCriticalSection参数是一个TRTLCriticalSection类型的记录,并且是变参。至于TRTLCriticalSection 是如何定义的,这并不重要,因为很少需要查看这个记录中的具体内容。只需要在lpCriticalSection中传递未初始化的记录,InitializeCriticalSection()过程就会填充这个记录。
   注意Microsoft故意隐瞒了TRTLCriticalSection的细节。因为,其内容在不同的硬件平台上是不同的。在基于Intel的平台上,TRTLCriticalSection包含一个计数器、一个指示当前线程句柄的域和一个系统事件的句柄。在Alpha平台上,计数器被替换为一种Alpha-CPU数据结构,称为spinlock。在记录被填充后,我们就可以开始创建临界区了。这时我们需要用EnterCriticalSection()和LeaveCriticalSection()来封装代码块。这两个过程的声明如下:
   procedure EnterCriticalSection(var lpCriticalSection:TRRLCriticalSection);stdcall;
   procedure LeaveCriticalSection(var lpCriticalSection:TRRLCriticalSection);stdcall;
   正如你所想的,参数lpCriticalSection就是由InitializeCriticalSection()填充的记录。
   当你不需要TRTLCriticalSection记录时,应当调用DeleteCriticalSection()过程,下面是它的声明:
   procedure DeleteCriticalSection(var lpCriticalSection:TRRLCriticalSection);stdcall;
  
   2. 互斥
   互斥非常类似于临界区,除了两个关键的区别:首先,互斥可用于跨进程的线程同步。其次,互斥能被赋予一个字符串名字,并且通过引用此名字创建现有互斥对象的附加句柄。
   提示临界区与事件对象(比如互斥对象)的最大的区别是在性能上。临界区在没有线程冲突时,要用1 0 ~ 1 5个时间片,而事件对象由于涉及到系统内核要用400~600个时间片。
   可以调用函数CreateMutex ( )来创建一个互斥量。下面是函数的声明:
   function lpMutexAttributes参数为一个指向TSecurityAttributtes记录的指针。此参数通常设为0,表示默认的安全属性。bInitalOwner参数表示创建互斥对象的线程是否要成为此互斥对象的拥有者。当此参数为False时, 表示互斥对象没有拥有者。
   lpName参数指定互斥对象的名称。设为nil表示无命名,如果参数不是设为nil,函数会搜索是否有同名的互斥对象存在。如果有,函数就会返回同名互斥对象的句柄。否则,就新创建一个互斥对象并返回其句柄。
   当使用完互斥对象时,应当调用CloseHandle()来关闭它。
   在程序中使用WaitForSingleObject()来防止其他线程进入同步区域的代码。此函数声明如下:

 

(**************************************以下尚未整理*********************************)
   function
  
   这个函数可以使当前线程在dwMilliseconds指定的时间内睡眠,直到hHandle参数指定的对象进入发信号状态为止。一个互斥对象不再被

线程拥有时,它就进入发信号状态。当一个进程要终止时,它就进入发信号状态。dwMilliseconds参数可以设为0,这意味着只检查hHandle参

数指定的对象是否处于发信号状态,而后立即返回。dwMilliseconds参数设为INFINITE,表示如果信号不出现将一直等下去。
   这个函数的返回值如下
   WaitFor SingleObject()函数使用的返回值
   返回值 含义
   WAIT_ABANDONED 指定的对象是互斥对象,并且拥有这个互斥对象的线程在没有释放此对象之前就已终止。此时就称互斥对象被抛弃。这

种情况下,这个互斥对象归当前线程所有,并把它设为非发信号状态
   WAIT_OBJECT_0 指定的对象处于发信号状态
   WAIT_TIMEOUT等待的时间已过,对象仍然是非发信号状态再次声明,当一个互斥对象不再被一个线程所拥有,它就处于发信号状态。此时

首先调用WaitForSingleObject()函数的线程就成为该互斥对象的拥有者,此互斥对象设为不发信号状态。当线程调用ReleaseMutex()函数并传

递一个互斥对象的句柄作为参数时,这种拥有关系就被解除,互斥对象重新进入发信号状态。
   注意除WaitForSingleObject()函数外,你还可以使用WaitForMultipleObject()和MsgWaitForMultipleObject()函数,它们可以等待几个

对象变为发信号状态。这两个函数的详细情况请看Win32 API联机文档。
   3. 信号量
   另一种使线程同步的技术是使用信号量对象。它是在互斥的基础上建立的,但信号量增加了资源计数的功能,预定数目的线程允许同时进

入要同步的代码。可以用CreateSemaphore()来创建一个信号量对象,其声明如下:
   function
   和CreateMutex()函数一样,CreateSemaphore()的第一个参数也是一个指向TSecurityAttribute s记录的指针,此参数的缺省值可以设为

nil。
   lInitialCount参数用来指定一个信号量的初始计数值,这个值必须在0和lMaximumCount之间。此参数大于0,就表示信号量处于发信号状

态。当调用WaitForSingleObject()函数(或其他函数)时,此计数值就减1。当调用ReleaseSemaphore()时,此计数值加1。
   参数lMaximumCount指定计数值的最大值。如果这个信号量代表某种资源,那么这个值代表可用资源总数。
   参数lpName用于给出信号量对象的名称,它类似于CreateMutex()函数的lpName参数。

 


   ——————————————————————————————————————————
   ★★★关于线程同步:
   Synchronize()是在一个隐蔽的窗口里运行,如果在这里你的任务很繁忙,你的主窗口会阻塞掉;Synchronize()只是将该线程的代码放到

主线程中运行,并非线程同步。
   临界区是一个进程里的所有线程同步的最好办法,他不是系统级的,只是进程级的,也就是说他可能利用进程内的一些标志来保证该进程

内的线程同步,据Richter说是一个记数循环;临界区只能在同一进程内使用;临界区只能无限期等待,不过2k增加了

TryEnterCriticalSection函数实现0时间等待。
   互斥则是保证多进程间的线程同步,他是利用系统内核对象来保证同步的。由于系统内核对象可以是有名字的,因此多个进程间可以利用

这个有名字的内核对象保证系统资源的线程安全性。互斥量是Win32 内核对象,由操作系统负责管理;互斥量可以使用WaitForSingleObject实

现无限等待,0时间等待和任意时间等待。
   1. 临界区
   临界区是一种最直接的线程同步方式。所谓临界区,就是一次只能由一个线程来执行的一段代码。如果把初始化数组的代码放在临界区内

,另一个线程在第一个线程处理完之前是不会被执行的。在使用临界区之前,必须使用InitializeCriticalSection()过程来初始化它。
   在第一个线程调用了EnterCriticalSection()之后,所有别的线程就不能再进入代码块。下一个线程要等第一个线程调用

LeaveCriticalSection()后才能被唤醒。
   2. 互斥
   互斥非常类似于临界区,除了两个关键的区别:首先,互斥可用于跨进程的线程同步。其次,互斥能被赋予一个字符串名字,并且通过引

用此名字创建现有互斥对象的附加句柄。
   提示:临界区与事件对象(比如互斥对象)的最大的区别是在性能上。临界区在没有线程冲突时,要用10 ~ 15个时间片,而事件对象由于

涉及到系统内核要用400~600个时间片。
   当一个互斥对象不再被一个线程所拥有,它就处于发信号状态。此时首先调用WaitForSingleObject()函数的线程就成为该互斥对象的拥有

者,此互斥对象设为不发信号状态。当线程调用ReleaseMutex()函数并传递一个互斥对象的句柄作为参数时,这种拥有关系就被解除,互斥对

象重新进入发信号状态。
   可以调用函数CreateMutex()来创建一个互斥量。当使用完互斥对象时,应当调用CloseHandle()来关闭它。
   3. 信号量
   另一种使线程同步的技术是使用信号量对象。它是在互斥的基础上建立的,但信号量增加了资源计数的功能,预定数目的线程允许同时进

入要同步的代码。可以用CreateSemaphore()来创建一个信号量对象,
   因为只允许一个线程进入要同步的代码,所以信号量的最大计数值(lMaximumCount)要设为1。ReleaseSemaphore()函数将使信号量对象的

计数加1;
   记住,最后一定要调用CloseHandle()函数来释放由CreateSemaphore()创建的信号量对象的句柄。
   ★★★WaitForSingleObject函数的返值:
   WAIT_ABANDONED指定的对象是互斥对象,并且拥有这个互斥对象的线程在没有释放此对象之前就已终止。此时就称互斥对象被抛弃。这种

情况下,这个互斥对象归当前线程所有,并把它设为非发信号状态;
   WAIT_OBJECT_0 指定的对象处于发信号状态;
   WAIT_TIMEOUT等待的时间已过,对象仍然是非发信号状态;
   ——————————————————————————————————————————————
   VCL支持三种技术来达到这个目的:
   (2) 使用critical区
   如果对象没有提高内置的锁定功能,需要使用critical区,Critical区在同一个时间只也许一个线程进入。为了使用Critical区,产生一

个TCriticalSection全局的实例。TcriticalSection有两个方法,Acquire(阻止其他线程执行该区域)和Release(取消阻止)
   每个Critical区是与你想要保护的全局内存相关联。每个访问全局内存的线程必须首先使用Acquire来保证没有其他线程使用它。完成以

后,线程调用Release方法,让其他线程也可以通过调用Acquire来使用这块全局内存。
   警告:Critical区只有在所有的线程都使用它来访问全局内存,如果有线程直接调用内存,而不通过Acquire,会造成同时访问的问题。

例如:LockXY是一个全局的Critical区变量。任何一个访问全局X, Y的变量的线程,在访问前,都必须使用Acquire
   LockXY.Acquire;{ lock out other threads }
   try
   Y := sin(X);
   finally
   LockXY.Release;
   end
   临界区主要是为实现线程之间同步的,但是使用的时候注意,一定要在用此临界对象同步的线程之外建立该对象(一般在主线程中建立临

界对象)。
   ————————————————————————————————————————————————
   线程同步使用临界区,进程同步使用互斥对象。
   Delphi中封装了临界对象。对象名为TCriticalSection,使用的时候只要在主线程当中建立这个临界对象(注意一定要在需要同步的线程

之外建立这个对象)。具体同步的时候使用Lock和Unlock即可。
   而进程间同步建立互斥对象,则只需要建立一个互斥对象CreateMutex. 需要同步的时候只需要WaitForSingleObject(mutexhandle,

INFINITE) unlock的时候只需要ReleaseMutex(mutexhandle);即可。
   有很多方法, 信号灯, 临界区, 互斥对象,此外, windows下还可以用全局原子,共享内存等等. 在windows体系中, 读写一个8位整数时原

子的, 你可以依靠这一点完成互斥的方法. 对于能够产生全局名称的方法能够可以在进程间同步上(如互斥对象), 也可以用在线程间同步上;不

能够产生全局名称的方法(如临界区)只能用在线程间同步上.

转载于:https://www.cnblogs.com/bbinking/archive/2010/03/10/1682802.html

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