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VC中利用多线程技术实现线程之间的通信


http://www.sina.com.cn 2006年02月06日 13:31 天极yesky

  作者: 刘涛

  当前流行的Windows操作系统能同时运行几个程序(独立运行的程序又称之为进程),对于同一个程序,它又可以分成若干个独立的执行流,我们称之为线程,线程提供了多任务处理的能力。用进程和线程的观点来研究软件是当今普遍采用的方法,进程和线程的概念的出现,对提高软件的并行性有着重要的意义。现在的大型应用软件无一不是多线程多任务处理,单线程的软件是不可想象的。因此掌握多线程多任务设计方法对每个程序员都是必需要掌握的。本实例针对多线程技术在应用中经常遇到的问题,如线程间的通信、同步等,分别进行探讨,并利用多线程技术进行线程之间的通信,实现了数字的简单排序。  

  一、 实现方法

  1、理解线程

  要讲解线程,不得不说一下进程,进程是应用程序的执行实例,每个进程是由私有的虚拟地址空间、代码、数据和其它系统资源组成。进程在运行时创建的资源随着进程的终止而死亡。线程的基本思想很简单,它是一个独立的执行流,是进程内部的一个独立的执行单元,相当于一个子程序,它对应于Visual C++中的CwinThread类对象。单独一个执行程序运行时,缺省地包含的一个主线程,主线程以函数地址的形式出现,提供程序的启动点,如main()或WinMain()函数等。当主线程终止时,进程也随之终止。根据实际需要,应用程序可以分解成许多独立执行的线程,每个线程并行的运行在同一进程中。

  一个进程中的所有线程都在该进程的虚拟地址空间中,使用该进程的全局变量和系统资源。操作系统给每个线程分配不同的CPU时间片,在某一个时刻,CPU只执行一个时间片内的线程,多个时间片中的相应线程在CPU内轮流执行,由于每个时间片时间很短,所以对用户来说,仿佛各个线程在计算机中是并行处理的。操作系统是根据线程的优先级来安排CPU的时间,优先级高的线程优先运行,优先级低的线程则继续等待。

  线程被分为两种:用户界面线程和工作线程(又称为后台线程)。用户界面线程通常用来处理用户的输入并响应各种事件和消息,其实,应用程序的主执行线程CWinAPP对象就是一个用户界面线程,当应用程序启动时自动创建和启动,同样它的终止也意味着该程序的结束,进程终止。工作线程用来执行程序的后台处理任务,比如计算、调度、对串口的读写操作等,它和用户界面线程的区别是它不用从CWinThread类派生来创建,对它来说最重要的是如何实现工作线程任务的运行控制函数。工作线程和用户界面线程启动时要调用同一个函数的不同版本;最后需要读者明白的是,一个进程中的所有线程共享它们父进程的变量,但同时每个线程可以拥有自己的变量。

  2、线程的管理和操作

  (一)线程的启动

  创建一个用户界面线程,首先要从类CwinThread产生一个派生类,同时必须使用DECLARE_DYNCREATE和IMPLEMENT_DYNCREATE来声明和实现这个CwinThread派生类。第二步是根据需要重载该派生类的一些成员函数如:ExitInstance()、InitInstance()、OnIdle()、PreTranslateMessage()等函数。最后调用AfxBeginThread()函数的一个版本:CWinThread* AfxBeginThread( CRuntimeClass* pThreadClass, int nPriority = THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize = 0, DWORD dwCreateFlags = 0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs = NULL ) 启动该用户界面线程,其中第一个参数为指向定义的用户界面线程类指针变量,第二个参数为线程的优先级,第三个参数为线程所对应的堆栈大小,第四个参数为线程创建时的附加标志,缺省为正常状态,如为CREATE_SUSPENDED则线程启动后为挂起状态。

  对于工作线程来说,启动一个线程,首先需要编写一个希望与应用程序的其余部分并行运行的函数如Fun1(),接着定义一个指向CwinThread对象的指针变量*pThread,调用AfxBeginThread(Fun1,param,priority)函数,返回值赋给pThread变量的同时一并启动该线程来执行上面的Fun1()函数,其中Fun1是线程要运行的函数的名字,也既是上面所说的控制函数的名字,param是准备传送给线程函数Fun1的任意32位值,priority则是定义该线程的优先级别,它是预定义的常数,读者可参考MSDN。

  (二)线程的优先级

  以下的CwinThread类的成员函数用于线程优先级的操作:

int GetThreadPriority();
BOOL SetThradPriority()(int nPriority);

  上述的二个函数分别用来获取和设置线程的优先级,这里的优先级,是相对于该线程所处的优先权层次而言的,处于同一优先权层次的线程,优先级高的线程先运行;处于不同优先权层次上的线程,谁的优先权层次高,谁先运行。至于优先级设置所需的常数,自己参考MSDN就可以了,要注意的是要想设置线程的优先级,这个线程在创建时必须具有THREAD_SET_INFORMATION访问权限。对于线程的优先权层次的设置,CwinThread类没有提供相应的函数,但是可以通过Win32 SDK函数GetPriorityClass()和SetPriorityClass()来实现。

  (三)线程的悬挂和恢复

  CWinThread类中包含了应用程序悬挂和恢复它所创建的线程的函数,其中SuspendThread()用来悬挂线程,暂停线程的执行;ResumeThread()用来恢复线程的执行。如果你对一个线程连续若干次执行SuspendThread(),则需要连续执行相应次的ResumeThread()来恢复线程的运行。

  (四)结束线程

  终止线程有三种途径,线程可以在自身内部调用AfxEndThread()来终止自身的运行;可以在线程的外部调用BOOL TerminateThread( HANDLE hThread, DWORD dwExitCode )来强行终止一个线程的运行,然后调用CloseHandle()函数释放线程所占用的堆栈;第三种方法是改变全局变量,使线程的执行函数返回,则该线程终止。下面以第三种方法为例,给出部分代码:

////////////////////////////////////////////////////////////////
//////CtestView message handlers
/////Set to True to end thread
Bool bend=FALSE;//定义的全局变量,用于控制线程的运行;
//The Thread Function;
UINT ThreadFunction(LPVOID pParam)//线程函数
{
 while(!bend)
 {
  Beep(100,100);
  Sleep(1000);
 }
 return 0;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////
CwinThread *pThread;
HWND hWnd;
Void CtestView::OninitialUpdate()
{
 hWnd=GetSafeHwnd();
 pThread=AfxBeginThread(ThradFunction,hWnd);//启动线程
 pThread->m_bAutoDelete=FALSE;//线程为手动删除
 Cview::OnInitialUpdate();
}
////////////////////////////////////////////////////////////////
Void CtestView::OnDestroy()
{
 bend=TRUE;//改变变量,线程结束
 WaitForSingleObject(pThread->m_hThread,INFINITE);//等待线程结束
 delete pThread;//删除线程
 Cview::OnDestroy();
}

  3、线程之间的通信

  通常情况下,一个次级线程要为主线程完成某种特定类型的任务,这就隐含着表示在主线程和次级线程之间需要建立一个通信的通道。一般情况下,有下面的几种方法实现这种通信任务:使用全局变量(上一节的例子其实使用的就是这种方法)、使用事件对象、使用消息。这里我们主要介绍后两种方法。

  (一) 利用用户定义的消息通信

  在Windows程序设计中,应用程序的每一个线程都拥有自己的消息队列,甚至工作线程也不例外,这样一来,就使得线程之间利用消息来传递信息就变的非常简单。首先用户要定义一个用户消息,如下所示:#define WM_USERMSG WMUSER+100;在需要的时候,在一个线程中调用::PostMessage((HWND)param,WM_USERMSG,0,0)或CwinThread::PostThradMessage()来向另外一个线程发送这个消息,上述函数的四个参数分别是消息将要发送到的目的窗口的句柄、要发送的消息标志符、消息的参数WPARAM和LPARAM。下面的代码是对上节代码的修改,修改后的结果是在线程结束时显示一个对话框,提示线程结束:

UINT ThreadFunction(LPVOID pParam)
{
 while(!bend)
 {
  Beep(100,100);
  Sleep(1000);
 }
 ::PostMessage(hWnd,WM_USERMSG,0,0);
 return 0;
}
////////WM_USERMSG消息的响应函数为OnThreadended(WPARAM wParam,
LPARAM lParam)
LONG CTestView::OnThreadended(WPARAM wParam,LPARAM lParam)
{
 AfxMessageBox("Thread ended.");
 Retrun 0;
}

  上面的例子是工作者线程向用户界面线程发送消息,对于工作者线程,如果它的设计模式也是消息驱动的,那么调用者可以向它发送初始化、退出、执行某种特定的处理等消息,让它在后台完成。在控制函数中可以直接使用::GetMessage()这个SDK函数进行消息分检和处理,自己实现一个消息循环。GetMessage()函数在判断该线程的消息队列为空时,线程将系统分配给它的时间片让给其它线程,不无效的占用CPU的时间,如果消息队列不为空,就获取这个消息,判断这个消息的内容并进行相应的处理。

  (二)用事件对象实现通信

  在线程之间传递信号进行通信比较复杂的方法是使用事件对象,用MFC的Cevent类的对象来表示。事件对象处于两种状态之一:有信号和无信号,线程可以监视处于有信号状态的事件,以便在适当的时候执行对事件的操作。上述例子代码修改如下:

////////////////////////////////////////////////////////////////////
Cevent threadStart ,threadEnd;
UINT ThreadFunction(LPVOID pParam)
{
 ::WaitForSingleObject(threadStart.m_hObject,INFINITE);
 AfxMessageBox("Thread start.");
 while(!bend)
 {
  Beep(100,100);
  Sleep(1000);
  Int result=::WaitforSingleObject(threadEnd.m_hObject,0);
  //等待threadEnd事件有信号,无信号时线程在这里悬停
  If(result==Wait_OBJECT_0)
   Bend=TRUE;
 }
 ::PostMessage(hWnd,WM_USERMSG,0,0);
 return 0;
}
/////////////////////////////////////////////////////////////
Void CtestView::OninitialUpdate()
{
 hWnd=GetSafeHwnd();
 threadStart.SetEvent();//threadStart事件有信号
 pThread=AfxBeginThread(ThreadFunction,hWnd);//启动线程
 pThread->m_bAutoDelete=FALSE;
 Cview::OnInitialUpdate();
}
////////////////////////////////////////////////////////////////
Void CtestView::OnDestroy()
{
 threadEnd.SetEvent();
 WaitForSingleObject(pThread->m_hThread,INFINITE);
 delete pThread;
 Cview::OnDestroy();
}

  运行这个程序,当关闭程序时,才显示提示框,显示"Thread ended"。

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