关于线程同步的一些方法

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（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。大家可以看看它运行的结果，如图：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;interfaceuses 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;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 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; th2.LBox:=listBox2; 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（TRTLCriticalSection）Critical1，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 ►EnterCriticalSection(Critical1);//进入临界段 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; ►LeaveCriticalSection(Critical1);//退出临界段 synchronize(addtolist); end;end;好了，重新编译，运行结果如下图所示：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。如果你想获得本文的电子版及其源代码，那么请到http://codehunter.1yes.net 网站上下载. 2001年9月5日星期三