线程的基本知识

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1、第6章线程的基础知识 理解线程是非常关键的，因为每个进程至少需要-个线程。本章将更加详细地介绍 线程的知识。尤其是要讲述进程与线程之间存在多人的差别，它们各自具冇什么作 用。还要介绍系统如何使用线程内核对彖來管理线程。与进程内核对象一样，线程 内核对象也拥有屈性，我们将耍观察许多用丁查询和修改这些屈性的两数。此外还 要介绍可以在进程中创建和生成更多的线程时所用的函数。第4章介绍了进程是由两个部分构成的，一个是进程内核对象，另一-个是地址空间。 同样，线程也是由两个部分组成的：一个是线程的内核对象，操作系统用它来对线程实施管理。内核对象也是系统用 来存放线程统计信息的地方。另个是线程堆栈，它用于

2、维护线程在执行代码时需要的所冇函数参数和局部变 量(第1 6章将进一步介绍系统如何管理线程堆栈)。第4章中讲过，进程是不活泼的。进程从来不执行任何东西，它只是线程的容器。 线程总是在某个进程环境中创建的，而且它的整个寿命期都在该进程中。这意味着 线程在它的进程地址空间中执行代码，并在进程的地址空间中对数据进行操作。 因此，如果在单进程环境中，你有两个或多个线程止在运行，那么这两个线程将共 享单个地址空间。这些线程能够执行相同的代码，对相同的数据进行操作。这些线 程还能共享内核对象句柄，I大I为句柄表依赖于每个进程而不是每个线程存在。如你所见，进程使用的系统资源比线程多得多，原因是它需要更多的地

3、址空间。为 进程创建一个虚拟地址空间需要许多系统资源。系统中要保留大量的记录，这要占 用大量的内存。另外，出丁exe和dll文件耍加载到一个地址空间，因此也需耍 文件资源。而线程使用的系统资源要少得多。实际上，线程只有一个内核対象和一 个堆栈，保留的记录很少，因此需要很少的内存。由:线程需要的开销比进程少，因此始终都应该设法用增加线程來解决编程问题， 而要避免创建新的进程。但是，这个建议并不是一成不变的。许多程序设计用多个 进程来实现会更好些。应该懂得权衡利弊，经验会指导你的编程实践。在详细介绍线程之前，首先花一点时间讲讲如何正确地在应用程序结构中使用线 程。6.1何时创建线程线程用丁描述进程

4、中的运行路径。每当进程被初始化时，系统就要创建一个主线程。 该线程与C/C + +运行期库的川动代码一道开始运行，川动代码则调用进入点函数(main、w m a i n Wi n M a i n或wWinMain),并且继续运彳亍直到进入点 函数返Ini并且0/C + +运行期库的启动代码调用ExitProcess为止。对丁许 多应用程序來说，这个主线程是应用程序需要的唯-线程。不过，进程能够创建更 多的线程来帮助执行它们的操作。每个计算机都拥有-个功能非常强人的资源，即CPUo让CPU闲置起来是绝对 没冇道理的（如果忽略节省电能问题的话）。为了使CPU处于繁忙状态Z中，可 以让它执行各种不同

5、的工作。下面是一些例子：可以打开Microsoft Windows 2000配备的内容索引服务程序。它能够创建一个低 优先级的线程，以便定期打歼你的磁盘驱动器上的文件内容并给内容做索引。若要 找到一个文件，可以打开Search Result （搜索结果）窗口（方法是单击Start按 钮，从Search菜单中选泄For Files Or Folders）,再将你的搜索条件输入 Containing Te x t 这时就可以搜索到索引，相关的文件就会立即显示出来。内 容索引服务程序大大改进了性能，I大I为每次搜索不必打开、扫描和关闭磁盘驱动器 上的每个文件。可以使用Windows 2000配备的磁

6、盘碎片整理软件。通常情况下，这种类型的实 用程序拥有许多管理选项，一般用户可能不懂，比如该实用稈序应该相隔多长时间 运行一次，何时运行。使用低优先级线程，可以在后台运行该实用程序，并R在系 统空闲吋对驱动器进行碎片整理。可以很容易地设想将來版木的编译器，每当暂停键入时，它就可以自动编译你的 源代码文件。输出窗口可以向你（儿乎）实时显示警告和出错信息。当键入变量和 函数名时出现错误时，就能立即发现。在某种程度上讲，Microsoft Visual Studio 已经实现了这个功能，使用Workspace的Class Vi ew窗格，就能够看到这 些信息。电子表格应用程序能够在后台执行各种计算。字

7、处理程序能够执行垂新分页、拼写和语法检查及在后台进行打印。文件可以在后台拷贝到其他介质中。Web浏览器在后台与它们的服务器进行通信。因此，在来门当前Web站点的结 果输入之前，用户可以缩放浏览器的窗口或者转到另一个Web站点。这些例了中，有一个重要问题应该注意，那就是多线程能够简化皿用程序的用户界 面。如果每当停止键入时,编译器建立了你的应用程序，那么就没有必耍提供Build 菜单选项。文字处理应用程序不需要Check Spelling（拼写检查）和Check Grammar （语法检查）菜单选项。在Web浏览器的例子中，注意，将不同的线程用于I/O （网络、文件或其他），应 用程序的用户界面

8、就能够始终保持工作状态。比如有一个应用程序负责给数据库记 录进行排序、打印文档或拷贝文件。如果将独立的线程用于处理这个与I/O相关的 任务，用户就可以在进程中继续使用应用程序界面来取消操作。设计一个拥有多线程的应用程序，就会扩大该应用程序的功能。我们在下一章中可 以看到，每个线程被分配了一个CPUo因此，如果你的计算机拥有两个CPU, 你的应用程序中有两个线程，那么两个CPU都将处于繁忙状态。实际上，你是让 两个任务在执行一个任务的时间内完成操作。每个进程至少拥有一个线程。因此，如呆你在应用程序中不执行任何特殊的操作， 在多进程操作系统上运行，就能够得到许多好处。例如，可以建立一个应用程序，

9、并同吋使用文字处理程序（我常常这样做）。如果计算机拥有两个CPU,那么该应 用程序就可以在一个处理器上执行，而另一个处理器则负责处理文档。另外，如果 编译器出现一个错误，导致它的线程进入一个无限循环，仍然可以使用其他的进程（1 6位Wi n d o w s和M SD 0 S应用程序则不行）6.2何时不能创建线程至今为止，一直在讨论多线程应用程序的优点。虽然多线程应用程序的优点很多， 但是它也存在某些不足之处。有些开发人员认为，解决问题的方法是将它分割成多 个线程。这种想法是完全错误的。线程确实是非常有用的，但是，当使用线程时，在解决原有的问题时可能产化新的 问题。例如，你开发了一个文字处理应用

10、程序，并且想耍让打印函数作为它自己的 线程来运行。这听起来是个很好的主意，I大I为用户可以在打印文档时立即回头着乎 编辑文档。但是，这意味着文档中的数据町能在文档打印时变更。也许最好是不要 让打印操作在它自己的线程中发牛，不过这种“方案”看起来冇点儿极端。如果你讣 用户编辑另一个文档，但是锁定止在打印的文档，使得打印结束前该文档不能修改， 那将会怎样呢？这里还有第三种思路，将文档拷贝到一个临时文件，然后打印该临 时文件的内容，并让用户修改原始文档。当包含该文档的临时文件结束打印时，删 除临吋文件。如你所见，线程能够解决某些问题，但是却乂会产个新的问题。在开发应用程序的 用户界面时，很可能出现对

11、线程的另一种误用。几乎在所冇的应用程序中，所冇用 户界面的组件（窗口）应该共享同一个线程。单个线程应该创建窗口的所有子窗口。 有时在不同的线程上创建不同的窗口是有用的，不过这种情况确实非常少见。通常情况下，一个应用程序拥有一个用户界面线程，用于创建所有窗口，并且有一 个GetMessage循环。进程中的所有其他线程都是工作线程，它们与计算机 或丨/0相关联，但是这些线程从不创建窗口。另外，一个用户界面线程通常拥有比 工作线程更高的优先级，因此用户界面负责向用户作出响应。虽然单个进程拥有多个用户界面线程的情况并不多见，但是这种情况有着某种有效 的用途。Windows Explorer为每个文件夹

12、窗口创建了一个独立的线程。它使你能够 将文件从一个文件夹拷贝到另一个文件夹，并R仍然可以査看你的系统上的其他文 件夹。另外，如果Explorer中存在一个错误，那么负责处理文件夹的线程可能 崩溃，但是仍然能够对其他文件夹进行操作，至少在执行的操作导致其他文件夹也 崩溃之前，仍然可以对它们进行操作(关于线程和用户界面的详细说明，参见第2 6 和2 7章)。上述内容的实质是应该慎重地使用多线程。不要想用就用。仅仅使用赋予进程的卞 线程，就能够编写出许多非常有用的和功能强大的应用程序。6.3编写笫一个线程函数每个线程必须拥有一个进入点函数，线程从这个进入点开始运行。前面已经介绍了 主线程的进入点函数

13、：即m a i n w m a i n Wi n M a i n或w Win Main。如果 想要在你的进程中创建一个辅助线程，它必定也是个进入点函数，类似下面的样子：DWORD WINAPI ThreadFunc(PVOID pvParam)DWORD dwResult = 0; return(dwResult);你的线程函数可以执行你想要它做的任何任务。最终，线程函数到达它的结尾处并 且返回。这时，线程终止运行，该堆栈的内存被释放，同时，线程的内核对象的使 用计数被递减。如果使用计数降为0,线程的内核对象就被撤消。与进程内核对象 的情况相同，线程内核对象的寿命至少町以达到它们相关联的线程那

14、样长，不过， 该对象的寿命可以远远超过线程本身的寿命。下面对线程函数的儿个问题作一说明：主线程的进入点函数的名字必须是main、wmain、Wi n M a i n或 wWinMain, 这些函数不同的是，线程函数可以使用任何名字。实际上，如果 在应用程序中拥冇多个线程旳数，必须为它们赋予不同的名字，否则编译器/链接程 序会认为你为单个函数创建了多个实现函数。由于给你的主线程的进入点函数传递了字符串参数，因此可以使用 ANSI/Unicode 版本的进入点函数： main/wmain 和 WinMain/wWinMaino可以给线程函数传递单个参数，参数的含义由你而不 是由操作系统來定义。因此

15、，不必担心A N S I / U ni code问题。线程函数必须返回一个值，它将成为该线程的退出代码。这与C/C + +运行期库 关于让主线程的退出代码作为进程的退出代码的原则是相似的。线程函数(实际上是你的所有函数)应该尽可能使用函数参数和局部变量。当使 用静态变量和全局变量时，多个线程可以同时访问这些变量，这可能破坏变量的内 容。然而，参数和局部变量是在线程堆栈中创建的，因此它们不太可能被另一个线 程破坏。既然懂得了实现线程函数的方法，卜面讲述如何讣操作系统来创建能够执行线程函 数的线程。6.4 CreateThread 函数前面己经讲述了调用CreateProcess函数时如何创建进程

16、的主线程。如果想 要创建一个或多个辅助函数，只需要让一个已经在运行的线程来调用 CreateThread：HANDLE CreateThread(PSECURITY_ATTRIBUTES psa,DWORD cbStack,PTHREAD_START_ROUTINE pfnStartAddr,PVOID pvParam,DWORD fdwCreate,PDWORD pdwThreadID);当CreateThread被调用时，系统创建一个线程内核对象。该线程内核对象 不是线程木身，而是操作系统用來管理线程的较小的数据结构。可以将线程内核对 象视为由关丁线程的统计信息组成的一个小型数据结构。这与进程和进程内核对彖 之间的关系是相同的。系统从进程的地址空间中分配内存，供线程的堆栈使用。新线程运行的进程环