Delphi关于多线程同步的一些方法

 Delphi关于多线程同步的一些方法

　　线程是进程内一个相对独立的、可调度的执行单元。一个应用可以有一个主线程，一个主线程可以有多个子线程，子线程还可以有自己的

子线程，这样就构成了多线程应用了。由于多个线程往往会同时访问同一块内存区域，频繁的访问这块区域，将会增加产生线程冲突的概率。

一旦产生了冲突，将会造成不可预料的结果（该公用区域的值是不可预料的）可见处理线程同步的必要性。
　　 注意：本文中出现的所有代码都是用DELPHI描述的，调试环境为Windows me ，Delphi 6。其中所涉及的Windows API函数可以从MSDN获得

详细的文档。
　　

首先引用一个实例来引出我们以下的讨论，该实例没有采取任何措施来避免线程冲突，它的主要过程为：由主线程启动两个线程对letters这个

全局变量进行频繁的读写，然后分别把修改的结果显示到ListBox中。由于没有同步这两个线程，使得线程在修改letters时产生了不可预料的

结果。
　　 ListBox中的每一行的字母都应该一致，但是上图画线处则不同，这就是线程冲突产生的结果。当两个线程同时访问该共享内存时，一个

线程还未对该内存修改完，另一个线程又对该内存进行了修改，由于写值的过程没有被串行化，这样就产生了无效的结果。可见线程同步的重

要性。
　　 以下是本例的代码
　　 unit.pas文件
　　 unit Unit1;
　　 interface
　　 uses
　　 Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms,
　　 Dialogs, StdCtrls;
　　
　　 //定义窗口类
　　 type
　　 TForm1 = class(TForm)
　　 ListBox1: TListBox;
　　 ListBox2: TListBox;
　　 Button1: TButton;
　　 procedure Button1Click(Sender: TObject);
　　 private
　　 { Private declarations }
　　 public
　　 { Public declarations }
　　 end;
　　
　　 //定义线程类
　　 type
　　 TListThread=class(TThread)
　　 private
　　 Str:String;
　　 protected
　　 procedure AddToList;//将Str加入ListBox组件
　　 Procedure Execute;override;
　　 public
　　 LBox:TListBox;
　　 end;
　　 //定义变量
　　 var
　　 Form1: TForm1;
　　 Letters:String='AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA';//全局变量
　　
　　 implementation
　　
　　 {$R *.dfm}
　　
　　 //线程类实现部分
　　 procedure TListThread.Execute;
　　 var
　　 I,J,K:Integer;
　　 begin
　　 for i:=0 to 50 do
　　 begin
　　 for J:=1 to 20 do
　　 for K:=1 to 1000 do//循环1000次增加产生冲突的几率
　　 if letters[j]<'Z' then
　　 letters[j]:=succ(Letters[j])
　　 else
　　 letters[j]:='A';
　　 str:=letters;
　　 synchronize(addtolist);//同步访问VCL可视组件
　　 end;
　　 end;
　　
　　 procedure TListThread.AddToList;
　　 begin
　　 LBox.Items.Add(str);//将str加入列表框
　　 end;
　　
　　 //窗口类实现部分
　　 procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
　　 var
　　 th1,th2:TListThread;
　　 begin
　　 Listbox1.Clear;
　　 Listbox2.Clear;
　　 th1:=tlistThread.Create(true);//创建线程1
　　 th2:=tlistThread.Create(true);//创建线程2
　　 th1.LBox:=listBox1;
　　 th2.LBox:=listBox2;
　　 th1.Resume;//开始执行
　　 th2.Resume;
　　 end;
　　 end.
　　
　　 由上例可见，当多个线程同时修改一个公用变量时，会产生冲突，所以我们要设法防止它，这样我们开发的多线程应用才能够稳定地运行

。下面我们来改进它。我们先使用临界段来串行化，实现同步。在上例unit1.pas代码的uses段中加入SyncObjs单元，加入全局临界段变量（TR

TLCriticalSection）Critical1，在FormCreate事件中加入InitializeCriticalSection(Critical1)这句代码，在FormDestroy事件中加入Dele

teCriticalSection(Critical1)这句代码，然后修改TListThread.Execute函数，修改后的代码似如下所示（?处为增加的代码）：
　　 procedure TListThread.Execute;
　　 var
　　 I,J,K:Integer;
　　 begin
　　 for i:=0 to 50 do
　　 begin
　　 ?EnterCriticalSection(Critical1);//进入临界段
　　 for J:=1 to 20 do
　　 for K:=1 to 3000 do
　　 if letters[j]<'Z' then
　　 letters[j]:=succ(Letters[j])
　　 else
　　 letters[j]:='A';
　　 str:=letters;
　　 ?LeaveCriticalSection(Critical1);//退出临界段
　　 synchronize(addtolist);
　　 end;
　　 end;
　　 好了，重新编译，运行结果如下图所示(略)
　　
　　 程序成功的避免了冲突，看来真的很简单，我们成功了！当然我们还可以使用其它同步技术如Mutex（互斥对象）, Semaphore（信号量）

等，这些技术都是Windows通过API直接提供给我们的。
　　
　　 下面总结一下Windows常用的几种线程同步技术。
　　 1. Critical Sections（临界段），源代码中如果有不能由两个或两个以上线程同时执行的部分，可以用临界段来使这部分的代码执行串

行化。它只能在一个独立的进程或一个独立的应用程序中使用。使用方法如下：
　　 //在窗体创建中
　　 InitializeCriticalSection(Critical1)
　　 //在窗体销毁中
　　 DeleteCriticalSection(Critical1)
　　 //在线程中
　　 EnterCriticalSection(Critical1)
　　 ……保护的代码
　　 LeaveCriticalSection(Critical1)
　　 2. Mutex（互斥对象），是用于串行化访问资源的全局对象。我们首先设置互斥对象，然后访问资源，最后释放互斥对象。在设置互斥对

象时，如果另一个线程（或进程）试图设置相同的互斥对象，该线程将会停下来，直到前一个线程（或进程）释放该互斥对象为止。注意它可

以由不同应用程序共享。使用方法如下：
　　 //在窗体创建中
　　 hMutex:=CreateMutex(nil,false,nil)
　　 //在窗体销毁中
　　 CloseHandle(hMutex)
　　 //在线程中
　　 WaitForSingleObject(hMutex,INFINITE)
　　 ……保护的代码
　　 ReleaseMutex(hMutex)
　　 3. Semaphore（信号量），它与互斥对象相似，但它可以计数。例如可以允许一个给定资源同时同时被三个线程访问。其实Mutex就是最

大计数为一的Semaphore。使用方法如下：
　　 //在窗体创建中
　　 hSemaphore:= CreateSemaphore(nil,lInitialCount,lMaximumCount,lpName)
　　 //在窗体销毁中
　　 CloseHandle(hSemaphore)
　　 //在线程中
　　 WaitForSingleObject(hSemaphore,INFINITE)
　　 ……保护的代码
　　 ReleaseSemaphore(hSemaphore, lReleaseCount, lpPreviousCount)
　　 4. 还可以使用Delphi中的TcriticalSection这个VCL对象，它的定义在Syncobjs.pas中。
　　
　　 当你开发多线程应用时，并且多个线程同时访问一个共享资源或数据时，你需要考虑线程同步的问题了。
　　
　　 delphi中多线程同步的一些方法
　　 [ 2006-01-09 10:48:03 | 作者: snox 字体大小:大 |中 |小 ]
　　 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，TRTLCriticalSe

ction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LeaveCriticalSectio

n()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
　　 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
　　
　　 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
　　 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
　　
　　 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
　　 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。
　　 ——————————————————————————————————————————
　　 ★★★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LeaveCriticalSectio

n()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;
　　 ——————————————————————————————————————————————
　　 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.