MFC中的多线程问题.doc

3 多线程的调度和处理在32 位Windows 环境下，开发多线程应用程序可以利用提供的Win32 API 接口函数，也可以利用VC+ 中提供的MFC类库进行开发。两种方式对于多线程编程原理是一样的，用户可以根据需要选择相应的工具。下面以利用MFC 类库实现多线程调度与处理为例，介绍多线程的实现方法以及多个线程间任务调度所应注意的一些关键技术。3.1 基于MFC的多线程设计在VC+6.0环境下，MFC类库提供了对多线程编程支持，使得多线程能方便的实现。MFC区分两种类型的线程：辅助线程（Worker Thread）和用户界面线程(UserInterface Thread)。辅助线程没有消息机制，通常用来执行后台计算和维护任务。MFC 为用户界面线程提供消息机制，用来处理用户的输入，响应用户产生的事件和消息。但对于Win32 的API 来说，这两种线程并没有区别，它只需要线程的启动地址以便启动线程执行任务。用户界面线程的一个典型应用就是类CWinApp，类CwinApp是CWinThread 类的派生类，应用程序的主线程是由它提供，并由它负责处理用户产生的事件和消息。类CwinThread 是用户接口线程的基本类。CWinThread 的对象用以维护特定线程的局部数据。因为处理线程局部数据依赖于类CWinThread，所以所有使用MFC 的线程都必须由MFC 来创建。3.2 多线程的创建及涉及的关键问题要创建一个线程，需要调用函数AfxBeginThread。该函数通过参数重载可以实现辅助线程和用户界面线程的创建。但不论是辅助线程还是用户界面线程，都需要指定额外的参数以修改优先级，堆栈大小，创建标志和安全特性等。函数AfxBeginThread 返回指向CWinThread 类对象的指针。创建助手线程相对简单，并不必须从CWinThread 派生一个类。实现起来需要两步：实现控制函数和启动线程。实现控制函数，定义线程。当进入该函数，线程启动；退出时，线程终止。该控制函数声明如下： UINT MyControllingFunction( LPVOID pParam ); 该参数是一个单精度32 位值。该参数接收的值将在线程对象创建时传递给构造函数。控制函数将用某种方式解释该值。可以是数量值，或是指向包括多个参数的结构的指针，甚至可以被忽略。如果该参数是指结构，则不仅可以将数据从调用函数传给线程，也可以从线程回传给调用函数。如果使用这样的结构回传数据，当结果准备好的时候，线程要通知调用函数。当函数结束时，应返回一个UINT 类型的值，通常，返回0表明成功，其它值则代表不同的错误。控制函数建立后，接着就可以启动线程。由函数AfxBeginThread 创建并初始化一个CWinThread 类的对象，启动并返回该线程的地址，此时线程进入运行状态。下面是一个控制函数及其使用的实例代码。 UINT MyThreadProc( LPVOID pParam ) CMyObject* pObject = (CMyObject*)pParam; if (pObject = = NULL | !pObject- IsKindOf(RUNTIME_CLASS(CMyObject) return -1; /非法参数 /具体实现内容 return 0; /线程成功结束 /在程序中调用线程的函数 pNewObject = new CMyObject; AfxBeginThread(MyThreadProc, pNewObject); 对于用户界面线程的创建有两种途径： 一是，首先从CWinTread 类派生一个类（注意必须要用宏DECLARE_DYNCREATE 和IMPLEMENT_DYNCREATE 对该类进行声明和实现），然后调用函数AfxBeginThread 创建CWinThread 派生类的对象进行初始化启动线程运行；二是，不调用函数AfxBeginThread，先通过构造函数创建类CWinThread 的一个对象，然后由程序员调用函数:CreateThread 来启动线程。通常类CWinThread 的对象在该线程的生存期结束时将自动终止，如果程序员希望自己来控制，则需要将m_bAutoDelete 设为FALSE。这样在线程终止之后类CWinThread 对象仍然存在，只是在这种情况下需要手动删除CWinThread 对象。多线程创建后，就存在线程间优先级差异以及线程同步等问题。在Windows95 和WindowsNT 操作系统当中，每个任务都具有相应优先级，优先级共有32级，从0到31，系统按照不同的优先级调度线程的运行。 其中015 级是普通优先级，线程的优先级可以动态变化。高优先级线程优先运行，只有高优先级线程不运行时，才调度低优先级线程运行。优先级相同的线程按照时间片轮流运行；1630 级是实时优先级，实时优先级与普通优先级的最大区别在于相同优先级进程的运行不按照时间片轮转，而是先运行的线程就先控制CPU，如果它不主动放弃控制，同级或低优先级的线程就无法运行。 一个线程的优先级首先属于一个类，然后是其在该类中的相对位置。线程优先级可通过下式计算： 线程优先级= 进程类基本优先级+ 线程相对优先级 进程类的基本优先级有以下几种： 1) IDLE_PROCESS_CLASS 2) NORMAL_PROCESS_CLASS 3) HIGH_PROCESS_CLASS 4) REAL_TIME_PROCESS_CLASS 线程的相对优先级有： 1) THREAD_PRIORITY_IDLE 2) THREAD_PRIORITY_LOWEST 3) THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 4) THREAD_PRIORITY_NORMAL （缺省） 5) THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 6) THREAD_PRIORITY_HIGHEST 7) THREAD_PRIORITY_CRITICAL对于多线程应用程序，使用多线程技术其中最重要的问题就是要保证线程之间的资源同步访问。因为多个线程在共享资源时如果发生访问冲突，使得数据混乱，导致错误结果。解决同步问题的一个简单的方法就是将同步类融入共享类当中，通常我们把这样的共享类称为线程安全类。MFC提供了一组同步和同步访问类来解决同步问题。同步对象有：CSyncObject, CSemaphore, CMutex, CcriticalSection和CEvent；同步访问对象包括CMultiLock和CSingleLock。同步类用于当访问资源时保证资源的整体性。其中CsyncObject是其它四个同步类的基类，不直接使用。信号同步类CSemaphore通常用于当一个应用程序中同时有多个线程访问一个资源的情况；事件同步类CEvent通常用于在应用程序访问资源之前应用程序必须等待的情况；而对于互斥同步类CMutex和临界区同步类CcriticalSection 都是用于保证一个资源一次只能有一个线程访问，二者的不同之处在于前者允许有多个应用程序使用该资源而后者则不允许对同一个资源的访问超出进程的范畴，而且使用临界区的方式效率比较高。CMultiLock和CSingleLock的区别仅在于是需要控制访问多个还是单个资源对象。例如设计一个线程安全类，首先根据具体情况在类中加入同步类作为数据成员。在例子当中，可以将一个CSemaphore类的数据成员加入视窗类中，一个CCriticalSection类数据成员加入连接列表类，而一个CEvent数据成员加入数据存储类中。然后，在使用共享资源的函数当中，将同步类与同步访问类的一个锁对象联系起来。即，在访问控制资源的成员函数中应该创建一个CSingleLock 或CMultiLock 的对象并调用该对象的Lock 函数。当访问结束之后，调用UnLock 函数，释放资源。用这种方式来设计线程安全类比较容易。在保证线程安全的同时，省去了维护同步代码的麻烦，这也正是OOP 的思想。但是，使用线程安全类方法编程比不考虑线程安全要复杂，尤其体现在程序调试过程中，而且线程安全编程还会损失一部分效率，占用部分系统资源。4 结束语Win32环境下，多线程技术解决了许多程序设计中的实际需求，多线程技术与中断技术可称为是并驾齐驱，都是程序开发中重要的关键技术。在进行多线程设计时要注意线程同步、线程之间通信、线程与进程之间通信以及利用全局变量通信、利用用户定义消息通信、利用事件通信等等许多重要问题。应用VC+6.0进行程序开发，设计多线程必须以各项实际任务的需求为依据。多线程技术的使用虽然解决了多任务的实现，但同时是以分配系统资源为基础，在应用中需避免线程资源的浪费，尽量保证程序运行的效率五、MFC对多线程编程的支持MFC中有两类线程，分别称之为工作者线程和用户界面线程。二者的主要区别在于工作者线程没有消息循环，而用户界面线程有自己的消息队列和消息循环。工作者线程没有消息机制，通常用来执行后台计算和维护任务，如冗长的计算过程，打印机的后台打印等。用户界面线程一般用于处理独立于其他线程执行之外的用户输入，响应用户及系统所产生的事件和消息等。但对于Win32的API编程而言，这两种线程是没有区别的，它们都只需线程的启动地址即可启动线程来执行任务。在MFC中，一般用全局函数AfxBeginThread()来创建并初始化一个线程的运行，该函数有两种重载形式，分别用于创建工作者线程和用户界面线程。两种重载函数原型和参数分别说明如下： (1) CWinThread* AfxBeginThread(AFX_THREADPROC pfnThreadProc, LPVOID pParam, nPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize=0, DWORD dwCreateFlags=0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);PfnThreadProc:指向工作者线程的执行函数的指针，线程函数原型必须声明如下： UINT ExecutingFunction(LPVOID pParam);请注意，ExecutingFunction()应返回一个UINT类型的值，用以指明该函数结束的原因。一般情况下，返回0表明执行成功。 pParam：传递给线程函数的一个32位参数，执行函数将用某种方式解释该值。它可以是数值，或是指向一个结构的指针，甚至可以被忽略； nPriority：线程的优先级。如果为0，则线程与其父线程具有相同的优先级； nStackSize:线程为自己分配堆栈的大小，其单位为字节。如果nStackSize被设为0，则线程的堆栈被设置成与父线程堆栈相同大小； dwCreateFlags：如果为0，则线程在创建后立刻开始执行。如果为CREATE_SUSPEND，则线程在创建后立刻被挂起； lpSecurityAttrs：线程的安全属性指针，一般为NULL； (2) CWinThread* AfxBeginThread(CRuntimeClass* pThreadClass, int nPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL, UINT nStackSize=0, DWORD dwCreateFlags=0, LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);pThreadClass 是指向 CWinThread 的一个导出类的运行时类对象的指针，该导出类定义了被创建的用户界面线程的启动、退出等；其它参数的意义同形式1。使用函数的这个原型生成的线程也有消息机制，在以后的例子中我们将发现同主线程的机制几乎一样。下面我们对CWinThread类的数据成员及常用函数进行简要说明。 m_hThread：当前线程的句柄； m_nThreadID:当前线程的ID； m_pMainWnd：指向应用程序主窗口的指针 BOOL CWinThread:CreateThread(DWORD dwCreateFlags=0,UINT nStackSize=0,LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);该函数中的dwCreateFlags、nStackSize、lpSecurityAttrs参数和API函数CreateThread中的对应参数有相同含义，该函数执行成功，返回非0值，否则返回0。一般情况下，调用AfxBeginThread()来一次性地创建并启动一个线程，但是也可以通过两步法来创建线程：首先创建CWinThread类的一个对象，然后调用该对象的成员函数CreateThread()来启动该线程。 virtual BOOL CWinThread:InitInstance();重载该函数以控制用户界面线程实例的初始化。初始化成功则返回非0值，否则返回0。用户界面线程经常重载该函数，工作者线程一般不使用InitInstance()。 virtual int CWinThread:ExitInstance();在线程终结前重载该函数进行一些必要的清理工作。该函数返回线程的退出码，0表示执行成功，非0值用来标识各种错误。同InitInstance()成员函数一样，该函数也只适用于用户界面线程。 六、MFC多线程编程实例在Visual C+ 6.0编程环境中，我们既可以编写C风格的32位Win32应用程序，也可以利用MFC类库编写C+风格的应用程序，二者各有其优缺点。基于Win32的应用程序执行代码小巧，运行效率高，但要求程序员编写的代码较多，且需要管理系统提供给程序的所有资源；而基于MFC类库的应用程序可以快速建立起应用程序，类库为程序员提供了大量的封装类，而且Developer Studio为程序员提供了一些工具来管理用户源程序，其缺点是类库代码很庞大。由于使用类库所带来的快速、简捷和功能强大等优越性，因此除非有特殊的需要，否则Visual C+推荐使用MFC类库进行程序开发。我们知道，MFC中的线程分为两种：用户界面线程和工作者线程。我们将分别举例说明。用 MFC 类库编程实现工作者线程例程5 MultiThread5为了与Win32 API对照，我们使用MFC 类库编程实现例程3 MultiThread3。1. 建立一个基于对话框的工程MultiThread5，在对话框IDD_MULTITHREAD5_DIALOG中加入一个编辑框IDC_MILLISECOND，一个按钮IDC_START，标题为“开始” ，一个进度条IDC_PROGRESS1； 2. 打开ClassWizard，为编辑框IDC_MILLISECOND添加int型变量m_nMilliSecond，为进度条IDC_PROGRESS1添加CProgressCtrl型变量m_ctrlProgress； 3. 在MultiThread5Dlg.h文件中添加一个结构的定义： 4. struct threadInfo5. 6. UINT nMilliSecond;7. CProgressCtrl* pctrlProgress;8. ;线程函数的声明：UINT ThreadFunc(LPVOID lpParam); 注意，二者应在类CMultiThread5Dlg的外部。在类CMultiThread5Dlg内部添加protected型变量：CWinThread* pThread; 9. 在MultiThread5Dlg.cpp文件中进行如下操作：定义公共变量：threadInfo Info; 双击按钮IDC_START，添加相应消息处理函数：void CMultiThread5Dlg:OnStart() / TODO: Add your control notification handler code hereUpdateData(TRUE);Info.nMilliSecond=m_nMilliSecond;Info.pctrlProgress=&m_ctrlProgress;pThread=AfxBeginThread(ThreadFunc,&Info);在函数BOOL CMultiThread3Dlg:OnInitDialog()中添加语句： / TODO: Add extra initialization herem_ctrlProgress.SetRange(0,99);m_nMilliSecond=10;UpdateData(FALSE);return TRUE; / return TRUE unless you set the focus to a control添加线程处理函数： UINT ThreadFunc(LPVOID lpParam)threadInfo* pInfo=(threadInfo*)lpParam;for(int i=0;inMilliSecond;pInfo-pctrlProgress-SetPos(i);Sleep(nTemp);return 0;用 MFC 类库编程实现用户界面线程创建用户界面线程的步骤：1. 使用ClassWizard创建类CWinThread的派生类（以CUIThread类为例） 2. class CUIThread : public CWinThread3. 4. DECLARE_DYNCREATE(CUIThread)5. protected:6. CUIThread(); / protected constructor used by dynamic creation7.8. / Attributes9. public:10.11. / Operations12. public:13.14. / Overrides15. / ClassWizard generated virtual function overrides16. /AFX_VIRTUAL(CUIThread)17. public:18. virtual BOOL InitInstance();19. virtual int ExitInstance();20. /AFX_VIRTUAL21.22. / Implementation23. protected:24. virtual CUIThread();25.26. / Generated message map functions27. /AFX_MSG(CUIThread)28. / NOTE - the ClassWizard will add and remove member functions here.29. /AFX_MSG30.31. DECLARE_MESSAGE_MAP()32. ;33. 重载函数InitInstance()和ExitInstance()。 34. BOOL CUIThread:InitInstance()35. 36. CFrameWnd* wnd=new CFrameWnd;37. wnd-Create(NULL,UI Thread Window);38. wnd-ShowWindow(SW_SHOW);39. wnd-UpdateWindow();40. m_pMainWnd=wnd;41. return TRUE;42. 创建新的用户界面线程 void CUIThreadDlg:OnButton1() CUIThread* pThread=new CUIThread();pThread-CreateThread();请注意以下两点：A、在UIThreadDlg.cpp的开头加入语句： #include UIThread.hB、把UIThread.h中类CUIThread()的构造函数的特性由 protected 改为 public。 用户界面线程的执行次序与应用程序主线程相同，首先调用用户界面线程类的InitInstance()函数，如果返回TRUE，继续调用线程的Run()函数，该函数的作用是运行一个标准的消息循环，并且当收到WM_QUIT消息后中断，在消息循环过程中，Run()函数检测到线程空闲时（没有消息），也将调用OnIdle()函数，最后Run()函数返回，MFC调用ExitInstance()函数清理资源。你可以创建一个没有界面而有消息循环的线程，例如：你可以从CWinThread派生一个新类，在InitInstance函数中完成某项任务并返回FALSE，这表示仅执行InitInstance函数中的任务而不执行消息循环，你可以通过这种方法，完成一个工作者线程的功能。 例程6 MultiThread61. 建立一个基于对话框的工程MultiThread6，在对话框IDD_MULTITHREAD6_DIALOG中加入一个按钮IDC_UI_THREAD，标题为“用户界面线程” 2. 右击工程并选中“New Class”为工程添加基类为CWinThread派生线程类CUIThread。 3. 给工程添加新对话框IDD_UITHREADDLG，标题为“线程对话框”。 4. 为对话框IDD_UITHREADDLG创建一个基于CDialog的类CUIThreadDlg。使用ClassWizard为CUIThreadDlg类添加WM_LBUTTONDOWN消息的处理函数OnLButtonDown，如下： 5. void CUIThreadDlg:OnLButtonDown(UINT nFlags, CPoint point) 6. 7. AfxMessageBox(You Clicked The Left Button!);8. CDialog:OnLButtonDown(nFlags, point);9. 在UIThread.h中添加 #include UIThreadDlg.h并在CUIThread类中添加protected变量CUIThread m_dlg： class CUIThread : public CWinThreadDECLARE_DYNCREATE(CUIThread)prot