COM线程模型详解

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1、COM 线程模型详解开发者在线B更新时间：2007-10-作者：Iop5712来源:论坛本文关键词： COM 线程 模型线程模型是一种数学模型，专门针对多线程编程而提供的算法，但也仅是算法， 不是实现。本文讲解COM提出的各个类型的线程模型，再说明COM运行时期 库是如何实现它们的，就像说明 Windows 是如何实现线程这个数学模型的一 样，最后指明一下跨套间调用和各种类型套间编写的要求以帮助理解。希望读者 对于Windows操作系统的线程这个概念相当熟悉，对何谓线程安全的亦非常 了解。COM线程模型COM提供的线程模型共有三种：Single-Threaded Apartment （STA单

2、 线程套间）、Multithreaded Apartment （MTA 多线程套间）和 Neutral Apartment/Thread Neutral Apartment/Neutral Threaded Apartment（NA/TNA/NTA中立线程套间，由COM+提供）。虽然它们的名字都含有套 间这个词，这只是COM运行时期库（注意，不是COM规范，以下简称COM） 使用套间技术来实现前面的三种线程模型，应注意套间和线程模型不是同一个概 念。 COM 提供的套间共有三种，分别一一对应。而线程模型的存在就是线程规 则的不同导致的，而所谓的线程规则就只有两个：代码是线程安全的或不安全的，

3、即代码访问公共数据时会或不会发生访问冲突。由于线程模型只是个模型，概念 上的，因此可以违背它，不过就不能获得COM提供的自动同步调用及兼容等好 处了。STA 一个对象只能由一个线程访问（通过对象的接口指针调用其方法）， 其他线程不得访问这个对象，因此对于这个对象的所有调用都是同步了的，对象 的状态（也就是对象的成员变量的值）肯定是正确变化的，不会出现线程访问冲 突而导致对象状态错误。其他线程要访问这个对象，必须等待，直到那个唯一的 线程空闲时才能调用对象。注意：这只是要求、希望、协议，实际是否做到是由 COM 决定的。如上所说，这个模型很像 Windows 提供的窗口消息运行机制， 因此这个线

4、程模型非常适合于拥有界面的组件，像 ActiveX 控件、 OLE 文档服 务器等，都应该使用STA的套间。MTA 一个对象可以被多个线程访问，即这个对象的代码在自己的方法中实 现了线程保护，保证可以正确改变自己的状态。这对于作为业务逻辑组件或干后 台服务的组件非常适合。因为作为一个分布式的服务器，同一时间可能有几千条 服务请求到达，如果排队进行调用，那么将是不能想像的。注意：这也只是一个 要求、希望、协议而已。NA 一个对象可以被任何线程访问，与 MTA 不同的是任何线程，而且当跨 套间访问时（后面说明），它的调用费用（耗费的CPU时间及资源）要少得多。 这准确的说都已经不能算是线程模型了，

5、它是结合套间的具体实现而提出的要 求，它和MTA不同的是COM的实现方式而已。COM套间Apartment 被翻译成套间或是单元，是线程模型的一个实现者，就像在操 作系统课程中讲到的线程只是一个数学模型，而Windows的线程、进程是它（数 学模型的线程、进程）的实现者。套间只是逻辑上的一个概念，实现时只是一个 结构（由COM管理）而已，记录着相关信息，如它的种类（只能是上面那三个, 至少现在是），并由 COM 根据那个结构进行相应的处理。下面说明这三种套间 的实现方式：STA套间一个套间如果是STA，那么那个套间有且只有一个线程和其关联， 有多个对象或没有对象和其关联，就像有多个线程和一个进

6、程关联一样，也就是 说套间那个结构和某个线程及多个对象之间有关系，关系具体是什么由COM说 得算，幸运的是COM正是按照上面的线程模型来定义互相之间关系的。根据上 面的算法，很容易就知道只有这个线程可以访问这个套间里的对象。COM是通过在STA套间里的线程中创建一个隐藏窗口，然后外界（这个套 间外的线程）对这个对象的调用都转变成对那个隐藏窗口发送消息，然后由这个 隐藏窗口的消息处理函数来实际调用组件对象的方法来实现STA的规则的。之 所以使用一个隐藏窗口是为了方便组件代码的编写只需调用 DispatchMessage 即可将方法调用的消息和普通的消息区分开来（通过隐藏窗 口的消息处理函数）。外

7、界对这个对象的调用都将转变成对这个隐藏窗口的消息 发送来实现同步。至于COM如何截获外界对对象的调用，则是利于代理对象， 后面再说明。值得注意的是，如果使用标准汇集法生成代理对象，则代理对象会根据是进 程内还是进程外的跨套间调用，来决定具体操作。如果外界线程和STA线程在 同一进程内，则代理对象将直接向STA线程中的隐藏窗口发送消息；如果不在 同一进程内（包括远程进程），代理对象将向RPC管理的一个线程池请求一个线 程（RPC线程）来专门向另一进程中的STA线程的隐藏窗口发送消息，而不是 代理对象直接发送消息，以防止外界线程由于网络等不稳定因素而导致挂起。因为COM利用消息机制来实现STA，因

8、此STA套间里的线程必须实现消 息循环，否则COM将不能实现STA的要求。MTA套间这种类型的套间可以和多个线程及多个或没有对象相关联。根据 上面的MTA模型，可知只有这个套间里的线程才能访问这个套间里的对象，和 STA不同的只是可以多个线程同时访问对象。外界（不属于这个套间的线程）对这个套间里的对象的调用将会导致调用线 程（外界线程，也就是STA线程，因为NA没有线程）挂起，然后向RPC管理 的一个线程池请求一个线程（RPC线程，并已经进入了这个MTA套间）以调用 那个对象的方法。对象返回后，调用线程被唤醒，继续运行。虽然可以让 STA 线程直接调用对象（而不用像前述的挂起等待另一个线程来调

9、用对象），但这是 必须的，因为可能会有回调问题，比如这个MTA线程又反过来回调外界线程中 的组件对象（假设客户本身也是一个组件对象，这正是连接点技术），如果异步 回调将可能发生错误。反过来，MTA的线程访问STA里的对象时，COM将把调用转换成对STA 线程里那个隐藏窗口的一个消息发送，返回后再由 COM 转成结果返回给 MTA 的线程（如果使用标准汇集法生成标准代理对象，则发生的具体情况就如上面 STA套间所述）。因此STA和MTA都是只能由它们关联的线程调用它们关联的 对象。而根据上面所说，当MTA调STA或STA调MTA，都会发生线程切换， 也就是说一个线程挂起而换成执行另一个线程。这是

10、相当大的消耗（需要从内核 模式向用户模式转换，再倒转好几回），而NA就是针对这个设计的。NA 套间 这种套间只和对象相关联，没有关联的线程，因此任何线程都可 以直接访问里面的对象，不存在STA的还是MTA的。外界（其实就是任何线程）对这个套间里面的调用都不需要挂起等待，而是 进入NA套间，直接调用对象的方法。NA套间是由COM+提供的，COM +中 的每个对象都有一个环境和其相绑定，环境记录了必要的信息，并监听对对象的 每一次调用，以保证当将对象的接口指针成员变量进行传递或回调时其操作的正 确性（保证执行线程在正确的套间内，MTA线程就是通过将自己挂起以等待STA 线程的消息处理完毕来保证的）

11、，从而避免了调用线程的挂起，因此这个代理（其 实也就是环境的一部分）被称作轻量级代理（相对于STA套间和MTA套间的重 量级代理需要挂起调用线程，发生线程切换）。这个轻量级代理并不是永远都不发生线程切换。当NA对象里有个对指向一 个STA对象的指针的调用而调用线程不是那个STA对象关联的线程时，调用将 会转成向被调用的STA对象的关联线程发送消息，此时照样会发生线程切换。 同理，如果那个对象是MTA 的,而调用线程是STA线程时，依旧发生线程切换。 不过除此以外的大多数情况（即不在NA对象的方法中调用另一个套间对象的方 法）都不会发生线程切换，即使出现上面的情况也只有必要（MTA调NA再调 M

12、TA就不用切换）才切换线程。根据上面所说，STA其实和MTA逻辑上是完全一样的，只是一个是关联一 个线程，一个是关联多个线程而已。但把它们分开是必要的，因为线程安全就是 针对是一个线程还是多个线程。而NA之所以不关联线程是因为它的目的是消除 上面跨套间调用时产生的线程切换损耗，关联线程没有任何意义。COM 强行规定（不遵守也没辙，因为全是 COM 实现套间的，根本没有插 手的余地）一个进程可以拥有多个STA的套间，但只能拥有一个MTA套间和一 个 NA 套间，我想这应该已经很容易理解了（要两个 MTA 套间或 NA 套间干 甚？）。套间生成规则线程在进行大多数COM操作之前，需要先调用Coln

13、itialize或ColnitializeEx。调用CoInitialize告诉COM生成一个STA套间，并将当前的调用线程和这个套间相关联。而调用 CoInitializeEx( NULL, COINIT_MULTITHREADED );告诉COM检查是否已经有了一个MTA套间， 没有则生成一个MTA套间，然后将那个套间和调用线程相关联。接着在调用 CoCreateInstanee或CoGetClassObject等创建对象的函数时，创建的对象 将以一个特定规则决定和哪个套间相关联(后叙)。这样完成后，就完成了线程、 对象和套间的关联(或绑定)。前面提到的决定对象去向的规则如下。当是进程内组

14、件时，根据注册表项InprocServer32ThreadingModel 和线程的不同，列于下表：创建线程关联的套间种类ThreadingModel 键值组件对象最后所在套间STAApartme nt创建线程的套间STAFree进程内的MTA套间STABoth创建线程的套间STA或 Single进程内的主STA套间STANeutral进程内的NA套间MTAApartme nt新建的一个STA套间MTAFree进程内的MTA套间MTABoth进程内的MTA套间MTA或 Single进程内的主STA套间MTANeutral进程内的NA套间进程内的主STA套间是进程中第一个调用CoInitiali

15、ze的线程所关联的套 间(即进程中的第一个STA套间)。后面说明为什么还来个进程内的主STA套 间。当是进程外组件时，由主函数调用 CoInitializeEx 或 CoInitialize 指定组 件所在套间，与上面的相同，Coinitialize代表STA，CoinitializeEx( NULL, COINIT_MULTITHREADED );代表 MTA，没有 NA。因为 NA 是 COM+ 提供 的，而COM+服务只能提供给进程内服务器，因此只使用上面的注册表项的规 则决定 DLL 组件是否放进 NA 套间，而没有提供类似 CoInitializeEx( NULL, COINIT_N

16、EUTRAL ); 来 处 理 EXE 组 件 。 而 且 如 果 可 以 使 用 CoinitializeEx( NULL, COINIT_NEUTRAL )；将导致调用线程和 NA套间相关 联了， 违背了 NA 的线程模型， 这也是为什么 ThreadingModel 键在 InprocServer32 键下。跨套间调用STA线程1创建了一个STA对象，得到接口指针IABCD*，接着它发起 STA线程2,并且将IABCD*作为线程参数传入。在线程2中，调用 IABCD:Abc （）方法，成功或者失败天注定。由于线程2所在的STA套间不同 于线程1所在的STA套间，这样线程2就跨套间调用另一个套间的对象了。按 照前述的STA规则，IABCD