第3章Windows程序的執(zhí)行單元——線程3.1多線程線程的創(chuàng)建線程內(nèi)核對象線程的終止線程的優(yōu)先級C/C++運行期庫線程的創(chuàng)建多線程并發(fā)執(zhí)行，os為其輪流分配cpu時間片一般情況，主線程接受用戶輸入，顯示運行結(jié)果；新創(chuàng)建的線程來處理長時間的操作，如讀寫文件、訪問網(wǎng)絡(luò)等，這樣即便程序忙于繁重的工作也可以由專門的線程響應(yīng)用戶命令每個線程必須擁有入口點函數(shù)，主線程的為main。輔助線程入口點函數(shù)稱為線程函數(shù)，定義如下：DWORDWINAPIThreadProc(LPVOIDlpParam);

函數(shù)名稱ThreadProc可以是任意的線程的創(chuàng)建#defineWINAPI_stdcall;_stdcall是新標(biāo)準(zhǔn)c/c++調(diào)用方法，與標(biāo)準(zhǔn)c調(diào)用_cdecl相比，參數(shù)進棧次序相同，從右到左，但_stdcall采用自動清棧方式，而_cdecl采用手工清棧方式。由windows操作系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)（回調(diào)函數(shù)）必須聲明為_stdcall沒有顯示說明的話，為_cdecl調(diào)用方式線程的創(chuàng)建創(chuàng)建新線程用CreateThreadHANDLE

CreateThread(

LPSECURITY_ATTRIBUTES

lpsa,DWORD

cbStack,LPTHREAD_START_ROUTINE

lpStartAddr,LPVOID

lpvThreadParam,DWORD

fdwCreate, LPDWORD

lpIDThread

);

線程的創(chuàng)建lpsa

[in]Ignored.MustbeNULL.指定線程安全屬性cbStack

[in]指定線程堆棧大小，NULL為默認(rèn)大小lpStartAddr

[in]線程函數(shù)起始地址lpvThreadParam

[in]Longpointertoasingle32-bitparametervaluepassedtothethread.fdwCreate

[in]Specifiesflagsthatcontrolthecreationofthethread.0表示線程創(chuàng)建后立即運行l(wèi)pIDThread

[out]Longpointertoa32-bitvariablethatreceivesthethreadidentifier.IfthisparameterisNULL,thethreadidentifierisnotreturned.WaitForSingleObjectDWORD

WaitForSingleObject(HANDLE

hHandle,DWORD

dwMilliseconds

);

Thisfunctionreturnswhenthespecifiedobjectisinthesignaledstate(受信狀態(tài))orwhenthetime-outintervalelapses.該函數(shù)用于等待指定的對象（hHandle）變成受信狀態(tài)。 說明：在例03ThreadDemo工程中，用于等待輔助線程對應(yīng)的函數(shù)ThreadProc（）執(zhí)行完成。調(diào)用該函數(shù)將阻塞主線程。一個可執(zhí)行對象有兩種狀態(tài)：未受信、受信。線程對象只有當(dāng)線程結(jié)束才為受信態(tài)。WaitForSingleObjecthHandle

[in]Handletotheobject.Foralistoftheobjecttypeswhosehandlescanbespecified,seetheRemarkssection.dwMilliseconds

[in]Specifiesthetime-outinterval,inmilliseconds.Thefunctionreturnsiftheintervalelapses,eveniftheobject'sstateisnonsignaled.IfdwMillisecondsiszero,thefunctionteststheobject'sstateandreturnsimmediately.IfdwMillisecondsisINFINITE,thefunction'stime-outintervalneverelapses.線程的創(chuàng)建例子程序3.1.2線程內(nèi)核對象線程內(nèi)核對象是一個包含了線程狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。每次對CreateThread的成功調(diào)用，系統(tǒng)都會在內(nèi)部為新的線程分配一個內(nèi)核對象。系統(tǒng)對線程的管理是依靠訪問線程內(nèi)核對象來實現(xiàn)的。1.線程上下文CONTEXT反映該線程上次運行時CPU寄存器的狀態(tài)。2.線程創(chuàng)建例子中使用計數(shù)調(diào)用CreateThread后，使用計數(shù)=2，線程函數(shù)返回，系統(tǒng)將使使用計數(shù)減少1，即使用計數(shù)=1，接下來又調(diào)用CloseHandle使使用計數(shù)減1，即最后使用計數(shù)=0，該內(nèi)存空間被收回。CONTEXT（上下文，即寄存器的狀態(tài)），恢復(fù)現(xiàn)場必須使用使用計數(shù)(2)：CreateThread返回句柄，相當(dāng)于打開一次內(nèi)核對象，促使該值+1，所以初始值=2；另外，OpenThread使該值+1,GetCurrentThread不會改變該值暫停次數(shù)(1)：1表示處于暫停狀態(tài)，這樣就不會被調(diào)度到CPU中，給CreateThread時間對線程進行初始化。初始化之后，如果未傳遞CREATE_SUSPENDED（掛起）標(biāo)志，暫停次數(shù)=0，該線程處于可調(diào)度狀態(tài)。喚醒用ResumeThread(),該函數(shù)使暫停次數(shù)-1，掛起用SuspendThread()，該函數(shù)使暫停次數(shù)+1，一個線程可以被掛起若干次，這就需要喚醒同樣次數(shù)才能使暫停次數(shù)=0，才能處于可調(diào)度狀態(tài)，大約每隔20ms，進行一次時間片輪轉(zhuǎn)，os選擇新線程，將其上下文裝入cpu寄存器，組織起運行。退出代碼(STILL_ALIVE)：即線程函數(shù)的返回值，可以用GetExitCodeThread得到線程退出代碼，所以可以當(dāng)作自定義的返回值來表示線程的執(zhí)行結(jié)果。是否受信(FALSE)：只有當(dāng)線程結(jié)束時，該值才為TRUE…3.1.3線程的終止線程終止的4種方法線程函數(shù)自然退出ExitThreadTerminateThread造成無法作清除工作，ExitProcess不提倡例子程序02ExitThread3.1.4線程的優(yōu)先級每個線程被賦予一個優(yōu)先級號，0——31，0最低，31最高，調(diào)度時選擇最高的，并采用搶占式優(yōu)先調(diào)度算法。eg:IEexplor的線程優(yōu)先級就很高。設(shè)置優(yōu)先級用SetThreadPriority()。BOOL

SetThreadPriority(HANDLE

hThread,int

nPriority

);

THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL實時THREAD_PRIORITY_HIGHEST最高THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL高于正常THREAD_PRIORITY_NORMAL正常THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL低于正常THREAD_PRIORITY_LOWEST最低THREAD_PRIORITY_ABOVE_IDLE高于最低THREAD_PRIORITY_IDLE空閑線程的優(yōu)先級例子程序3.1.5C/C++運行期庫在實際的開發(fā)過程中，一般使用c/c++運行期函數(shù)_beginthreadx代替CreateThread函數(shù)。_beginthreadx首先申請一些用于線程同步的變量，然后調(diào)用CreateThreadVc++默認(rèn)的c/c++運行期庫不支持_beginthreadx，需要設(shè)置”Project/settings/c/c++/codegeneration/…./選中multithreadDLL”即可。需要#include<process.h>同樣，使用_endthreadex代替ExitThread。該函數(shù)首先釋放用于線程同步的變量，再調(diào)用ExitThread3.2線程同步同步可以保證在一個時間內(nèi)只有一個線程對某個共享資源有控制權(quán)。臨界區(qū)對象事件內(nèi)核對象線程局部存儲(TLS)3.2線程同步解決同步問題的方法:臨界區(qū)對象:線程獨占,等待的線程掛起,不可調(diào)度互鎖函數(shù):單一變量同步問題事件內(nèi)核對象:是否”受信”,通知信號量內(nèi)核對象:信號量計數(shù),多個線程共享,用于Socket(套接字)程序中線程同步互斥內(nèi)核對象:線程獨占,等待的線程可調(diào)度,用于保護內(nèi)存3.2.1臨界區(qū)對象1.為什么要線程同步?當(dāng)多個線程在同一個進程中執(zhí)行時，可能有不止一個線程同時執(zhí)行同一段代碼，訪問同一段內(nèi)存中的數(shù)據(jù)。線程同步產(chǎn)生的問題——一個錯誤的例子03ConntErr→線程函數(shù)ThreadFunc同時增加全局變量g_nCount1和g_nConnt2的計數(shù)，原則上兩個變量的值應(yīng)該相等，但由于是兩個線程同時訪問這兩個全局變量，最終g_nCount1和g_nConnt2的值卻不相等。3.2.1臨界區(qū)對象1.為什么要線程同步?多線程同步要能保證在一個線程占有公共資源的時候，其他線程不會再占有這個資源。解決同步問題，就要保證整個存取過程的獨占性。2.使用臨界區(qū)對象臨界區(qū)對象是定義在數(shù)據(jù)段中的一個CRITICAL_SECTION結(jié)構(gòu)，Windows內(nèi)部使用這個結(jié)構(gòu)紀(jì)錄一些同步信息，確保在同一時間只有一個線程訪問該數(shù)據(jù)段中的數(shù)據(jù)。使用臨界區(qū)對象void

InitializeCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION

lpCriticalSection

);

ParameterslpCriticalSection

[in]Pointertothecriticalsectionobject.初始化臨界區(qū)使用臨界區(qū)對象void

EnterCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION

lpCriticalSection

);

ParameterslpCriticalSection

[in]Pointertothecriticalsectionobject.申請進入臨界區(qū)使用臨界區(qū)對象void

LeaveCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION

lpCriticalSection

);

ParameterslpCriticalSection

[in]Pointertothecriticalsectionobject.將臨界區(qū)交還給Windows，離開臨界區(qū)使用臨界區(qū)對象void

DeleteCriticalSection(LPCRITICAL_SECTION

lpCriticalSection

);

ParameterslpCriticalSection

[in]Pointertothecriticalsectionobject.整個程序不再使用臨界區(qū)的時候，將臨界區(qū)刪除使用臨界區(qū)對象使用方法說明及程序例子03CriticalSection臨界區(qū)對象能夠很好的保護共享數(shù)據(jù)，但是它不能夠用于進程之間資源的鎖定，因為它不是內(nèi)核對象，如果要在進程間維持線程的同步，可以使用事件內(nèi)核對象。3.2.2互鎖函數(shù)互鎖函數(shù)為同步訪問多線程共享變量提供了一個簡單的機制。如果變量在共享內(nèi)存，不同進程的線程也可以使用此機制?；ユi函數(shù)包括：InterlockedIncrementInterlockedDecrementInterlockedExchangeAddInterlockedExchangePointer互鎖函數(shù)TheInterlockedIncrementfunctionincrements(increasesbyone)thevalueofthespecified32-bitvariableandcheckstheresultingvalue.Thefunctionpreventsmorethanonethreadfromusingthesamevariablesimultaneously.程序例子03InterlockDemowhile(g_bContinue) { ::InterlockedIncrement((long*)&g_nCount1); ::InterlockedIncrement((long*)&g_nCount2); }在主線程中等待子線程的結(jié)束，子線程的結(jié)束條件是g_bContinue=false，這就保證了在一個子線程中，g_nCount1和g_nCount2執(zhí)行了相同多次。產(chǎn)生不一致的唯一原因是加1的操作被打斷3.2.3事件內(nèi)核對象事件內(nèi)核對象主要用于線程間通信（同步就是一種簡單的通信，指通信的數(shù)據(jù)量少）因為它是一個內(nèi)核對象，所以可以跨進程使用，依靠通信，使各線程的工作協(xié)調(diào)進行，達到同步的目的。事件內(nèi)核對象包括3個成員nUsageCount(使用計數(shù))bManualReset(是否人工重置)bSignaled(是否受信)事件內(nèi)核對象使用WaitForSingleObject來判斷事件內(nèi)核對象是否受信，來達到通信的目的。使用CreateEvent函數(shù)創(chuàng)建事件對象。HANDLE

CreateEvent(

LPSECURITY_ATTRIBUTES

lpEventAttributes,安全屬性

BOOL

bManualReset,是否手動重置

BOOL

bInitialState,初始狀態(tài)

LPTSTR

lpName

);

事件對象名稱事件內(nèi)核對象設(shè)置事件對象名稱是為了在其他地方（如：其他進程的線程中）使用OpenEvent或者CreateEvent獲得此內(nèi)核對象句柄。HANDLEOpenEvent(DWORDdwDesiredAccess,訪問權(quán)限

BOOLbInheritHandle,句柄是否被繼承

LPCTSTRlpName);

事件對象名稱事件內(nèi)核對象BOOL

SetEvent(

HANDLE

hEvent

);

將事件對象狀態(tài)設(shè)置為“受信”BOOL

ResetEvent(HANDLEhEvent

);

將事件對象狀態(tài)設(shè)置為“未受信”程序例子事件內(nèi)核對象說明當(dāng)一個自動重置的事件對象受信以后，windows僅允許一個等待在該事件上的線程變?yōu)榭烧{(diào)度狀態(tài)，然后就自動重置此事件對象為未受信狀態(tài)。（如果使用setevent，則上述動作是緊接著setevent進行，然后才執(zhí)行setevent后面的代碼）當(dāng)一個人工重置事件對象受信后，所有等待在該對象上的線程都變?yōu)榭烧{(diào)度狀態(tài)。線程同步問題實例問題描述：**********************************

*父親放蘋果，兒子吃蘋果，母親放香蕉，女兒吃香蕉

*在一個盤子之中只能放一樣水果，蘋果或香蕉

**********************************創(chuàng)建4個線程，分別代表父親、兒子、母親和女兒。主線程做初始化和收尾工作//放蘋果

UINTWINAPIPutAppleThread(PVOIDpvParam)

{

for(inti=0;i<10;i++)

{

WaitForSingleObject(g_dish,INFINITE);

WaitForSingleObject(g_putApple,INFINITE);

cout<<"putapple!\n";

SetEvent(g_eatApple);

Sleep(5);

}

return0;

}//放香蕉

UINTWINAPIPutBananaThread(PVOIDpvParam)

{

for(inti=0;i<10;i++)

{

WaitForSingleObject(g_dish,INFINITE);

WaitForSingleObject(g_putBanana,INFINITE);

cout<<"putbanana!\n";

SetEvent(g_eatBanana);

Sleep(5);

}

return0;

}//吃蘋果

UINTWINAPIEatAppleThread(PVOIDpvParam)

{

for(inti=0;i<10;i++)

{

WaitForSingleObject(g_eatApple,INFINITE);

cout<<"eatapple!\n";

SetEvent(g_putApple);

SetEvent(g_dish);;

}

return0;

}//吃香蕉

UINTWINAPIEatBananaThread(PVOIDpvParam)

{

for(inti=0;i<10;i++)

{

WaitForSingleObject(g_eatBanana,INFINITE);

cout<<"eatbanana!\n";

SetEvent(g_putBanana);

SetEvent(g_dish);

}

return0;

}intmain()

{

g_putApple=CreateEvent(NULL,FALSE,TRUE,NULL);

g_putBanana=CreateEvent(NULL,FALSE,TRUE,NULL);

g_eatApple=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,NULL);

g_eatBanana=CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,NULL);

g_dish=CreateEvent(NULL,FALSE,TRUE,NULL);

HANDLEhThread[4];

intx;

hThread[0]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,PutAppleThread,(void*)&x,0,NULL);

hThread[1]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,PutBananaThread,(void*)&x,0,NULL);

hThread[2]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,EatAppleThread,(void*)&x,0,NULL);

hThread[3]=(HANDLE)_beginthreadex(NULL,0,EatBananaThread,(void*)&x,0,NULL);

charch;

cin>>ch;

return0;

}3.2.6線程局部存儲(TLS)線程局部存儲（thread-localstorage,TLS）是一個使用很方便的存儲線程局部數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。利用TLS機制可以為進程中所有的線程關(guān)聯(lián)若干個數(shù)據(jù)，各個線程通過由TLS分配的全局索引來訪問與自己關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。這樣，每個線程都可以有線程局部的靜態(tài)存儲數(shù)據(jù)。線程局部存儲(TLS)線程局部存儲(TLS)動態(tài)使用TLS的典型步驟如下。（1）主線程調(diào)用TlsAlloc函數(shù)為線程局部存儲分配索引，函數(shù)原型為：

DWORDTlsAlloc(void);

//返回一個TLS索引線程局部存儲(TLS)

系統(tǒng)為每一個進程都維護著一個長度為TLS_MINIMUM_AVAILABLE的位數(shù)組，TlsAlloc的返回值就是數(shù)組的一個下標(biāo)（索引）。這個位數(shù)組的惟一用途就是記憶哪一個下標(biāo)在使用中。初始狀態(tài)下，此位數(shù)組成員的值都是FREE，表示未被使用。當(dāng)調(diào)用TlsAlloc的時候，系統(tǒng)會挨個檢查這個數(shù)組中成員的值，直到找到一個值為FREE的成員。把找到的成員的值由FREE改為INUSE后，TlsAlloc函數(shù)返回該成員的索引。如果不能找到一個值為FREE的成員，TlsAlloc函數(shù)就返回TLS_OUT_OF_INDEXES（在WinBase.h文件中定義為－1），意味著失敗。線程局部存儲(TLS)（2）每個線程調(diào)用TlsSetValue和TlsGetValue設(shè)置或讀取線程數(shù)組中的值，函數(shù)原型為：BOOLTlsSetValue(DWORDdwTlsIndex,

//TLS索引

LPVOIDlpTlsValue

//要設(shè)置的值

);LPVOIDTlsGetValue(DWORDdwTlsIndex);

//TLS索引線程局部存儲(TLS)TlsSetValue和TlsGetValue分別用于設(shè)置和取得線程數(shù)組中的特定成員的值，而它們使用的索引就是TlsAlloc函數(shù)的返回值。這就充分說明了進程中惟一的位數(shù)組和各線程數(shù)組的關(guān)系。例如，TlsAlloc返回3，那就說明索引3被此進程中的每一個正在運行的和以后要被創(chuàng)建的線程保存起來，用以訪問各自線程數(shù)組中對應(yīng)的成員的值。線程局部存儲(TLS)（3）主線程調(diào)用TlsFree釋放局部存儲索引。函數(shù)的惟一參數(shù)是TlsAlloc返回的索引。利用TLS可以給特定的線程關(guān)聯(lián)一個數(shù)據(jù)。比如下面的例子將每個線程的創(chuàng)建時間與該線程關(guān)聯(lián)了起來，這樣，在線程終止的時候就可以得到線程的生命周期線程局部存儲(TLS)程序例子[實例]多線程文件搜索器structCDirectoryNode: