第9章 多 线 程

本章主要介绍Windows操作系统下多线程的基本概念、创建管理线程的方法，以及线程的同步问题。

同时，MFC对线程操作进行了封装，提供了支持线程操作的类库。 本章主要讨论这些技术，并且给出相应的实例。

本章主要内容如下： ● Windows下多线程的基本概念； ● 用户界面线程和工作者线程； ● 线程的管理操作； ● 线程的同步； ● 多线程编程实例。

多线程的基本概念 两种重要的线程 线程的操作 9.1 两种重要的线程 9.2 线程的操作 9.3 小 结 9.4

9.1 多线程的基本概念 在Win32下，一个应用程序由一个或多个进程组成。 9.1 多线程的基本概念 在Win32下，一个应用程序由一个或多个进程组成。 一个进程由一个或多个线程以及代码、数据和其他内存中的程序资源组成。 典型的程序资源包括打开的文件、信号量、动态分配的内存等。 线程在进程空间中执行。

线程是操作系统分配处理器时间的最小单位。 每个线程有自己的堆栈、CPU寄存器、以及程序入口。 每个线程共享所有处理器的资源。

进程中的每个线程都独立执行，不会影响该进程中的其他线程。 所有线程共享公共的资源。 因此必须采用信号量或者其他进程间通信方法来调整线程的工作。

9.2 两种重要的线程 Windows提供了两种线程，即用户界面线程和工作者线程。 9.2 两种重要的线程 Windows提供了两种线程，即用户界面线程和工作者线程。 用户界面线程通常用来处理消息循环、与用户交互，工作者线程用来处理后台的计算。 下面分别介绍这两种线程。

9.2.1 用户界面线程 每一个Windows应用程序都有一个主线程。 这里的用户界面线程是指用来和用户进行交互的线程。

接收用户传送的数据，并且做出响应。 用户界面线程通常包含自己的窗口，有自己的消息循环，独立于应用程序的其他部分。

创建一个用户界面线程需要首先继承线程类CWinThread，重载它的成员函数，如表9-1所示。 最后调用AfxBeginThread创建线程对象。

表9-1 需要重载的CWinThread的成员函数 函 数 名 称 作 用 InitInstance 线程的初始化，通常需要重载 ExitInstance 释放线程占用的资源，通常需要重载 OnIdle 空闲时间的处理，不一定重载 PreTranslateMessage 过滤消息，不一定重载 ProcessWndProcException 处理线程抛出的意外 Run 线程控制函数，通常不重载

9.2.2 工作者线程 工作者线程通常用来处理后台运行的任务。 在后台任务运行的同时，用户可进行其他操作，不必等待后台任务的结束。

例如，一个三维模型编辑软件，用户要对两个模型做布尔运算。 在进行计算的同时，用户希望可以观察两个模型，对模型进行旋转，缩放的操作。

再如文本浏览软件的打印功能，在打印文本的工程中，用户仍然会继续浏览文本内容。 这些都属于工作者线程。

创建一个工作者线程只需要两个步骤。 首先实现工作者线程的功能函数，然后启动线程即可。

可以调用Win32提供的API函数CreateThread创建一个线程，MFC对Win32的线程操作做了封装，也可以通过调用AfxBeginThread创建一个线程对象。 这些函数及其调用方法将在下一节详细介绍。

9.3 线程的操作 本节介绍Windows线程的操作方法，包括线程的创建、线程的管理、线程的同步、线程的终止等。

9.3.1 线程的创建 线程的创建方法有3种，分别介绍如下。 9.3.1 线程的创建 线程的创建方法有3种，分别介绍如下。 1．调用Win32API函数CreateThread和CreateRemoteThread （1）CreateThread （2）CreateRemoteThread

2．C运行库函数_beginthreadex 3．调用函数AfxBeginThread

2．Win32API函数TerminateThread 3．C运行库函数 4．函数AfxEndThread 9.3.2 线程的终止 1．调用Win32API函数ExitThread 2．Win32API函数TerminateThread 3．C运行库函数 4．函数AfxEndThread

9.3.3 线程的管理和操作 1．线程的挂起、继续和休眠 （1） 挂起。 （2）继续。 （3）休眠。

2．线程的优先级 （1）级别。

表9-2 进程优先级列表 优 先 级 优 先 级 值 ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS 表9-2 进程优先级列表 优 先 级 优 先 级 值 ABOVE_NORMAL_PRIORITY_CLASS 大于NORMAL_PRIORITY_CLASS， 小于HIGH_PRIORITY_CLASS BELOW_NORMAL_PRIORITY_CLASS 大于IDLE_PRIORITY_CLASS， 小于NORMAL_PRIORITY_CLASS

续表 优 先 级 优 先 级 值 HIGH_PRIORITY_CLASS 13 IDLE_PRIORITY_CLASS 4 优 先 级 优 先 级 值 HIGH_PRIORITY_CLASS 13 IDLE_PRIORITY_CLASS 4 NORMAL_PRIORITY_CLASS 9（前台）或7（后台） REALTIME_PRIORITY_CLASS 24

表9-3 线程优先级列表 优 先 级 级 别 THREAD_PRIORITY_ABOVE_NORMAL 比进程优先级高一级 THREAD_PRIORITY_BELOW_NORMAL 比进程优先级低一级 THREAD_PRIORITY_HIGHEST 比进程优先级高两级 THREAD_PRIORITY_LOWEST 比进程优先级低两级 THREAD_PRIORITY_NORMAL 与进程优先级相同 THREAD_PRIORITY_TIME_CRITICAL 把线程优先级设为15 THREAD_PRIORITY_IDLE 把线程优先级设为1

（2）优先级的设置和获取。

3．线程ID的判断 4．线程的切换 5．打开线程 6．线程函数ThreadProc 7．获得线程的时间信息

8．处理器相关操作 （1）SetThreadAffinityMask函数 （2）SetThreadIdealProcessor函数

9.3.4 线程间的通信 线程间的通信通常采用共享全局变量，共享存储区来实现。 因为所有的线程都可以访问这些资源。 主线程不能通过发送消息给辅助线程实现通信，但辅助线程可以通过发送自定义消息达到和主线程通信的目的。

本节将通过一个简单的实例，介绍使用共享存储区和自定义消息实现线程间通信的功能。 【例9-1】 线程之间通信实例。

（a） （b） 图9-1 程序运行界面

9.3.5 线程的同步 在多线程程序设计中，经常会出现两个或多个线程使用一个公共变量，或者多个线程共享一些公共存储区的情况。

凡是涉及共享资源的情况都有可能会引起程序的错误。 为了解决这些问题，Windows提供了大量线程的同步方法，例如，变量锁、临界区、信号量、事件对象、互斥对象等。

一个或两个变量的互锁操作是最简单的同步原语。 Win32提供了7个具有线程安全性的原子操作，具体介绍如下。 1．互锁操作 一个或两个变量的互锁操作是最简单的同步原语。 Win32提供了7个具有线程安全性的原子操作，具体介绍如下。 （1）InterlockedIncrement （2）InterlockedDecrement

（3）InterlockedExchange （4）InterlockedExchangeAdd （5）InterlockedExchangePointer （6）InterlockedCompareExchange （7）InterlockedCompareExchange Pointer

临界区（Critical Section）是一段程序代码，在任何时候都只能被一个线程使用。 2．临界区 临界区（Critical Section）是一段程序代码，在任何时候都只能被一个线程使用。 如果有多个线程同时访问临界区，这时只能有一个线程进入，其他线程则等待，直到临界区被释放。

与其他同步方法不同的是，临界区只能在单个进程内使用。 使用临界区的时候要避免长时间锁住一份资源。

进入临界区后必须尽快地离开，释放资源。 如果是主线程（GUI线程）要进入一个没有被释放的临界区，将会出现错误。

（1）InitializeCriticalSection （2）DeleteCriticalSection （3）EnterCriticalSection （4）LeaveCriticalSection （5）CcriticalSection

表9-4 CEvent类的成员函数 函 数 名 称 作 用 CCriticalSection 作 用 CCriticalSection 构造函数，构造CCriticalSection对象 Lock 进入临界区 UnLock 离开临界区

事件（Event）是由Windows操作系统管理的同步对象，可以用于进程或线程的同步。 3．事件 事件（Event）是由Windows操作系统管理的同步对象，可以用于进程或线程的同步。 一个事件被创建后，只有激发状态和未激发状态两种状态，也称为发信号状态和未发信号状态。

事件包括手动重置事件和自动重置事件两种类型。 手动重置事件被设置为激发状态后，会唤醒所有等待的线程，而且一直保持激发状态，直到程序重新把它设置为未激发状态。

自动重置事件被设置为激发状态后，会唤醒一个等待中的线程，然后自动恢复为未激发状态。 所以用自动重置事件来同步两个线程比较理想。

（1）CreateEvent （2）OpenEvent （3）SetEvent、ResetEvent和PulseEvent函数 （4）Cevent

表9-5 CEvent类的成员函数 函 数 名 称 作 用 CEvent 构造函数，构造CEvent对象 SetEvent 作 用 CEvent 构造函数，构造CEvent对象 SetEvent 启动事件对象，释放等待线程 PulseEvent 启动事件对象，释放等待线程，或者重置事件对象 为未激活状态 ResetEvent 设置事件对象为未激活状态 Unlock 释放事件对象

4．互斥器 互斥器（Mutex）的功能与临界区相似。区别在于互斥器所花费的时间比临界区多很多，但是互斥器是核心对象（后面介绍的Event和Semaphore也是核心对象），可以跨进程使用，而且等待一个被锁住的互斥器可以设定TIMEOUT，不会像临界区那样无法得知临界区的情况，一直等待。

Win32提供了创建互斥器CreateMutex()，打开互斥器OpenMutex()，释放互斥器ReleaseMutex()等操作。

Mutex的拥有权并非属于产生它的那个线程，而是属于最后对此Mutex进行等待操作（Wait ForSingleObject）并且尚未进行ReleaseMutex()操作的线程。

线程拥有Mutex就好像进入临界区一样，一次只能有一个线程拥有该Mutex。 如果一个拥有Mutex的线程在返回之前没有调用ReleaseMutex()，那么这个Mutex就被舍弃了。

当其他线程等待这个Mutex时，仍能返回，并得到一个WAIT_ABANDONED_0返回值，一个Mutex被舍弃是Mutex特有的功能。

（1）CreateMutex （2）OpenMutex （3）ReleaseMutex （4）CMutex

信号量（Semaphore）是最具历史的同步机制。 信号量是解决producer/consumer问题的关键要素。 5．信号量 信号量（Semaphore）是最具历史的同步机制。 信号量是解决producer/consumer问题的关键要素。 对应的MFC类是CSemaphore。 Win32函数CreateSemaphore()用来产生信号量。

Release Semaphore()用来解除锁定。 Semaphore的现值代表的意义是目前可用的资源数，如果Semaphore的现值为1，表示还有一个锁定动作可以成功。

如果现值为5，就表示还有5个锁定动作可以成功。 当调用Wait等函数要求锁定，如果Semaphore现值不为0，Wait马上返回，资源数减1。

当调用ReleaseSemaphore()资源数加1，当时不会超过初始设定的资源总数。

（1）CreateSemaphore （2）OpenSemaphore （3）ReleaseSemaphore （4）Csemaphore

小 结 本章主要介绍Windows操作系统下多线程的基本概念，如何创建和管理线程，以及线程的同步问题。

通过本章的介绍，读者可以看出，多线程程序设计通常比一般的单线程程序复杂，在程序设计过程中，一定要考虑清楚各线程的关系，避免出现死锁或不同步的现象。

另外需要注意现在大多数用户使用单CPU计算机，在这种机器上运行多线程程序，有时反而会降低系统的性能。 因此，在设计多线程应用程序时，应慎重选择，视具体情况加以处理，使应用程序获得最佳的性能。