delphi中多线程同步的一些方法

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xjfreeman 2008-12-20 01:13:44 博主文章分类：DELPHI

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:
   TRLCriticalSection);stdcall;
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: TRTLCriticalSection); 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 CreateMutext(lpMutextAtrribes:PSecurityAttributtes;
bInitalOwner:BOOL; lpName:PChar):THandle; stdcall;
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：
function WaitForSingleObject(hHandle: THandle; dwMilliseconds: DWORD): DWORD; stdcall;

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 CreateSemaphore(lpSemaphoreAttributes: PSecurityAttributes;
   lInitialCount, lMaximumCount: Longint; lpName: PChar): THandle; stdcall;
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。

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★★★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；

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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）。

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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.