TThread類剖析
摘要
本文從分析源代碼的角度介紹Delphi5中的TThread類的封裝和運(yùn)行機(jī)理，介紹了TThread類的優(yōu)缺點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：Delphi5，TThread，Windows API
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根據(jù)Windows SDK文檔的說(shuō)明，在Windows線程中的運(yùn)行實(shí)體是類型為：function ThreadFunc(Parameter: pointer): integer的函數(shù)（翻譯成Delphi的格式）。但是我們都知道，在Delphi中線程被封裝成一個(gè)TThread類。為什么Delphi要將它封裝成一個(gè)類？Delphi是如何封裝的呢？我們?cè)鯓硬拍艹浞值睦脙烧叩膬?yōu)點(diǎn)？這就是本下面要介紹的。
將線程作為類來(lái)封裝有著許多優(yōu)點(diǎn)。首先它能清晰、安全的界限線程相關(guān)的局部變量和進(jìn)程相關(guān)的全局變量。類——對(duì)象的模型到實(shí)體的映射關(guān)系保證了聲明在類中的任何變量都是局部的，聲明在類外的任何變量都是全局的。所以在寫新線程的Execute函數(shù)只要注意對(duì)類外部的變量、方法的訪問(wèn)就可以了，至于類內(nèi)部的變量、方法則可以任意使用而不用考慮同步的問(wèn)題。將線程封裝成類的更重要的好處是寫新線程的時(shí)候可以充分利用類的優(yōu)點(diǎn)。你可以通過(guò)繼承來(lái)重用父類的功能，這實(shí)在是一個(gè)激動(dòng)人心的功能。
既然已經(jīng)知道將線程封裝成類有諸多好處，作為一個(gè)稱職的程序員一定會(huì)去了解Delphi是如何將線程封裝成類的，有沒(méi)有更好的封裝的方法的。
Delphi5中TThread類是這樣聲明的：
{ TThread }
EThread = class(Exception);
TThreadMethod = PRocedure of object;
TThreadPriority = (tpIdle, tpLowest, tpLower, tpNormal, tpHigher, tpHighest,
tpTimeCritical);
TThread = class
private
FHandle: THandle;
FThreadID: THandle;
FTerminated: Boolean;
FSuspended: Boolean;
FFreeOnTerminate: Boolean;
FFinished: Boolean;
FReturnValue: Integer;
FOnTerminate: TNotifyEvent;
FMethod: TThreadMethod;
FSynchronizeException: TObject;
procedure CallOnTerminate;
function GetPriority: TThreadPriority;
procedure SetPriority(Value: TThreadPriority);
procedure SetSuspended(Value: Boolean);
protected
procedure DoTerminate; virtual;
procedure Execute; virtual; abstract;
procedure Synchronize(Method: TThreadMethod);
property ReturnValue: Integer read FReturnValue write FReturnValue;
property Terminated: Boolean read FTerminated;
public
constructor Create(CreateSuspended: Boolean);
destructor Destroy; override;
procedure Resume;
procedure Suspend;
procedure Terminate;
function WaitFor: LongWord;
property FreeOnTerminate: Boolean read FFreeOnTerminate write FFreeOnTerminate;
property Handle: THandle read FHandle;
property Priority: TThreadPriority read GetPriority write SetPriority;
property Suspended: Boolean read FSuspended write SetSuspended;
property ThreadID: THandle read FThreadID;
property OnTerminate: TNotifyEvent read FOnTerminate write FOnTerminate;
end;
準(zhǔn)確地說(shuō)，TThread對(duì)象是一個(gè)帶有線程實(shí)例的不可見(jiàn)窗體對(duì)象（長(zhǎng)寬都為0），我把這個(gè)窗體叫做線程窗體。這個(gè)線程窗體有該TThread類的所有對(duì)象共享。TThread在構(gòu)造的時(shí)候線程是否第一次創(chuàng)建，如果是就創(chuàng)建線程窗體，然后增加線程計(jì)數(shù)，最后才建立線程實(shí)例。同理，TThread對(duì)象在銷毀的時(shí)候，先減少線程計(jì)數(shù)，然后判斷計(jì)數(shù)是否為0，如果是就銷毀線程窗體。
為什么要建立一個(gè)線程窗體呢？答案就是TThread中的同步函數(shù)Synchronize()的需要。線程對(duì)象存取其他VCL的屬性時(shí)與其他線程的同步機(jī)制是通過(guò)消息隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)線程函數(shù)執(zhí)行Synchronize()時(shí)，他就向線程窗體發(fā)送一條CM_EXECPROC消息。因?yàn)榫€程窗體是進(jìn)程的一個(gè)窗體（雖然它不可見(jiàn)），所以發(fā)向線程窗體的消息都會(huì)進(jìn)入進(jìn)程消息隊(duì)列，而消息隊(duì)列的串行處理的特性保證不會(huì)出現(xiàn)訪問(wèn)沖突。這是一個(gè)簡(jiǎn)單而有效的解決方案。我不知道有沒(méi)有人在控制臺(tái)程序中應(yīng)用多線程，如果有的話，TThread類可能就不太適合了。這種情況下要么直接應(yīng)用線程函數(shù)，要么自己寫一個(gè)新的TNewThread類了。
Delphi是在TThread類的外面聲明了一個(gè)局部函數(shù)ThreadProc。這個(gè)函數(shù)就是Windows SDK中介紹的線程函數(shù)，其聲明如下：
function ThreadProc(Thread: TThread): Integer;
var
FreeThread: Boolean;
begin
try
Thread.Execute;
finally
FreeThread := Thread.FFreeOnTerminate;
Result := Thread.FReturnValue;
Thread.FFinished := True;
Thread.DoTerminate;
if FreeThread then Thread.Free;
EndThread(Result);
end;
end;
Delphi沒(méi)有將線程函數(shù)作為TThread的一個(gè)成員函數(shù)，我想把ThreadProc放到TThread的Proctected段中TThread的靈活性可能會(huì)更好一點(diǎn)，不過(guò)現(xiàn)在的方法也不錯(cuò)。可以看到ThreadProc以TThread對(duì)象作為Parameter參數(shù)。這樣可以保證TThread對(duì)象進(jìn)入線程的堆棧中，一個(gè)TThread對(duì)象不破壞另一個(gè)同類型TThread對(duì)象的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，創(chuàng)建線程的線程還是可以訪問(wèn)新線程中的數(shù)據(jù)的，Terminate過(guò)程就是這樣做的。所以TThread的數(shù)據(jù)還是可能被其他線程破壞的。所以外部線程要訪問(wèn)線程的數(shù)據(jù)要小心處理，Terminate()是一個(gè)比較典型的：外部線程只寫，內(nèi)部線程只讀就能很好的工作，如果兩個(gè)線程都又讀又寫就可能導(dǎo)致邏輯混亂。
TThread類在構(gòu)造線程實(shí)例是沒(méi)有直接調(diào)用CreateThread() API函數(shù)，而是使用了一個(gè)BeginThread()函數(shù)。不知是什么原因，該函數(shù)并沒(méi)有相應(yīng)的Delphi Help文檔，只是在“TThreadFunc type”的介紹中一筆帶過(guò)。可能是Borland認(rèn)為它的參數(shù)在以后還會(huì)修改吧。不過(guò)該函數(shù)和CreateThread() API的參數(shù)是一模一樣的。這是一個(gè)讓人興奮的地方，因?yàn)锽eginThread()加入了Windows API沒(méi)有的異常處理功能。有意思的是，Delphi在BeginThread()由創(chuàng)建了一個(gè)新的線程函數(shù)，而把原來(lái)的線程函數(shù)和參數(shù)打包成TThreadRec作為新函數(shù)的Parameter。有關(guān)Delphi5中BeginThread的定義如下：
type
PThreadRec = ^TThreadRec;
TThreadRec = record
Func: TThreadFunc;
Parameter: Pointer;
end;
function ThreadWrapper(Parameter: Pointer): Integer; stdcall;
asm
CALL _FpuInit
XOR ECX,ECX
PUSH EBP
PUSH offset _ExceptionHandler //新增加的Delphi的異常機(jī)制
MOV EDX,FS:[ECX]
PUSH EDX
MOV EAX,Parameter
MOV FS:[ECX],ESP
MOV ECX,[EAX].TThreadRec.Parameter
MOV EDX,[EAX].TThreadRec.Func
PUSH ECX
PUSH EDX
CALL _FreeMem
POP EDX
POP EAX
CALL EDX //調(diào)用原來(lái)的線程函數(shù)
XOR EDX,EDX
POP ECX
MOV FS:[EDX],ECX
POP ECX
POP EBP
end;
function BeginThread(SecurityAttributes: Pointer; StackSize: LongWord;
ThreadFunc: TThreadFunc; Parameter: Pointer; CreationFlags: LongWord;
var ThreadId: LongWord): Integer;
var
P: PThreadRec;
begin
New(P);
P.Func := ThreadFunc;
P.Parameter := Parameter;
IsMultiThread := TRUE;
Result := CreateThread(SecurityAttributes, StackSize, @ThreadWrapper, P,
CreationFlags, ThreadID);
end;
讓人覺(jué)得美中不足的地方是TThread類在調(diào)用BeginThread時(shí)傳遞的SercurityAttributes和StackSize參數(shù)分別是nil和0，使BeginThread()在調(diào)用CreateThread()時(shí)使用了缺省的安全設(shè)置和默認(rèn)堆棧大小。有關(guān)這兩個(gè)參數(shù)代表什么意義請(qǐng)查閱Windows SDK文檔。
由于時(shí)間倉(cāng)促，簡(jiǎn)單介紹我認(rèn)為Delphi的幫助文檔中沒(méi)有說(shuō)明的部分。不知你看后有什么疑惑或是覺(jué)得我什么講的不對(duì)的地方，請(qǐng)來(lái)信告知: zg@hzhistar.com 。請(qǐng)多多指教！
上述的朋友給了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)呐u(píng)和暖和的鼓舞，我在這里表示衷心的感謝！如果你給我提供了你的想法，我就在這里寫上你的大名。:)
1.《Windows核心編程》，機(jī)械工業(yè)出版社，2000年5月（雖然中文翻譯奇爛）
2.《Microsoft Platform SDK》，microsoft, 2001年8月
3.《Delphi 5.0 幫助文檔》、Delphi 5.0源代碼
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