Delphi中线程类TThread实现多线程编程2---事件、临界区、Synchronize、WaitFor……
接着上文介绍TThread。
现在开始说明 Synchronize和WaitFor
但是在介绍这两个函数之前，需要先介绍另外两个线程同步技术：事件和临界区
事件（Event）
事件（Event）与Delphi中的事件有所不同。从本质上讲，Event其实就相当于一个全局的布尔变量。它有两个赋值操作：Set和ReSet，相当于把它设置为 True或False。而检查它的值是通过WaitFor操作进行。对应在Windows平台上，是三个API函数：SetEvent、ResetEvent、WaitForSignalObject（实现WaitFor功能的API还有几个，这是最简单的一个）。
这三个都是原语，所以Event可以实现一般布尔变量不能实现的在多线程中的应用。Set和Reset的功能前面已经说过了，现在来说一下WaitFor的功能：
WaitFor的功能是检查Event的状态是不是为Set状态（相当于True），如果是则立即返回，如果不是，则等待它变为Set状态，在等待期间，调用WaitFor的线程处于挂起状态。另外WaitFor有一个参数用于超时设置，如果此参数为0，则不等待，立即返回Event的状态，如果是INFINITE则无线等待这，直到Set状态发生，若是一个有限的数值，则等待相应的毫秒数之后返回Event的状态
当Event从Reset状态向Set状态转换时，唤醒其他由于WaitFor这个Event而挂起的线程，这就是他为什么叫Event的原因。所谓“事件”就是指“状态的转换”。通过Event可以在线程间传递这种“状态转换”信息。
当然用一个受保护（见下面的临界区介绍——）的布尔变量也能实现类似的功能，只要用一个循环检查此布尔值的代码来代替WaitFor即可，从功能上说完全没有问题，但是实际使用中就会发现，这样会占用大量的CPU资源，降低系统性能，影响到别的线程的执行速度，所以是不经济的，有时候甚至可能出问题，所以不建议这么做
临界区（Critical Section）
临界区则是一项共享数据访问保护的技术。它其实也是相当于一个全局的布尔变量。但对它的操作有所不同，它只有两个操作：Enter和Leave，同样可以把它的两个状态当做True和False，分别表示现在是否处于临界区中。这两个操作也是原语，所以它可以用在多线程应用中保护共享数据，防止访问冲突
用临界区保护共享数据的方法很简单：在每次要共享数据之前调用Enter设置进入临界区标识，然后再操作数据，最后调用Leave离开临界区。它的保护原理是这样的：当一个线程进入临界区之后，如果此时另一个线程也要访问这个数据，则它会在调用Enter时，发现已经有线程进入临界区，然后此线程就会被挂起，等待当前在临界区的线程调用Leave离开临界区，当另一个线程完成操作时，调用Leave离开后，次线程就会被唤醒，并设置临界区标志，开始操作数据，这样就防止了访问冲突
以前面那个InterlockedIncrement为例，我们用CriticalSection（Windows API）来实现它
var
InterlockedCrit: TRTLCriticalSection;
procedure InterlockedIncrement(var aValue: Integer);
begin
EnterCriticalSection(InterlockedCrit);
Inc(aValue);
LeaveCriticalSection(InterlockedCrit);
end;
注意使用临界区的语法格式：先Enter临界区，再对某个数据进行操作，然后Leave临界区
现在再来看前面的那个例子（在上篇博客里）
1)线程A进入临界区（假设数据为3）
2)线程B进入临界区，因为此时A已经在临界区中，所以B被挂起
3)线程A对数据加一（现在是4）
4)线程A离开临界区，唤醒线程B（现在内存中的数据是4）
5)线程B被唤醒，对数据加一（现在就是5）
6)线程B离开临界区，现在的数据就是正确的了
临界区就是这样保护共享数据的访问
关于临界区的使用，有一点要注意：即数据访问时的异常情况处理。因为如果在数据操作时发生异常，将导致Leave操作没有被执行，结果将使本应该被唤醒的线程未被唤醒，可能造成程序的没有响应。所以一般来说，如下面这样访问临界区才是正确的做法：
EnterCriticalSection( InterlockedCrit );
try
//操作临界区数据
finally
LeaveCriticalSection( InterlockedCrit );
end;
最后要说的是，Event和CriticalSection都是操作系统资源，使用前都需要创建，使用完成之后也同样需要释放。如
TThread类用到的一个全局Event：SyncEvent 和全局CriticalSection： ThreadLock，都是在InitThreadSynchronization和 DoneThreadSynchronization中进行创建和释放的，而它们则是在Classes单元的Initialization 和 Finalization 中被调用的。
由于在TThread中都是用API来操作Event和CriticalSection的，所以前面都是以API为例，其实Delphi已经提供它们的封装，在 SyncObjs单元中，分别是 TEvent类 和 TCriticalSection类。用法也和前面用API的方法相差无几。因为 TEvent的构造函数参数过多，为了简单起见，Delphi还提供了一个用默认参数初始化的 Event类： TSimpleEvent
顺便再介绍一下另一个用于线程同步的类：TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer， 它是在 SysUtils 单元里面定义的。据我所知，这是Delphi RTL中定义的最长的一个类名，还好它有一个短的别名： TMREWSync。至于他的用处，光看名字就可以知道了
有了前面对 Event和 CriticalSection的准备知识，可以正式开始讨论Synchronize和 WaitFor了。
我们知道，Synchronize是通过将部分代码放到主线程中执行来实现线程同步的，因为在一个进程中，只有一个主线程，先来看看Synchronize的实现
procedure TThread.Synchronize(Method: TTheadMethod);
begin
FSynchronize.FThread:= Self;
FSynchronize.FSynchronize.Exception:= nil;
FSynchronize..FMethod:= Method;
Synchronize(@FSynchronize);
end;
其中FSynchronize是一个记录类型：
PSynchronizeRecord= ^TSynchronizeRecord;
TSynchronizeRecord = record
FThread: TObject;
FMethod: TThreadMethod;
FSynchronizeException: TObject;
end;
用于进行线程和主线程之间进行数据交换，包括传入线程类对象，同步方法及发生的异常。
在Synchronize中调用它的一个重载版本，而且这个重载版本比较特别，它是一个“类方法”，所谓类方法，是一种特殊的类成员方法，它的调用并不需要创建类实例，而是想构造函数那样，通过类名调用。之所以会用类方法来实现它，是因为为了可以在线程对象还没有被创建的时候也能调用它。不过实际中用它的是另外一个重载版本（也是类方法）和另一个类方法StaticSynchronize。
下面是这个Synchronize的代码
class procedure TThread.Synchronize(ASyncRec: PSynchronizeRecord);
var
SyncProc: TSyncProc;
begin
if GetCurrentThreadID = MainThreadID then
ASyncRec.FMethod
// 首先是判断当前线程是否是主线程，如果是，则简单地执行同步方法后返回。
else
begin
SyncProc.Signal := CreateEvent(nil, True, False, nil);
{ 通过局部变量SyncProc记录线程交换数据（参数）和一个Event Handle，其记录结构如下：
TSyncProc = record
SyncRec: PSynchronizeRecord;
Signal: THandle;
end; }
try
EnterCriticalSection(ThreadLock);
{
接着进入临界区（通过全局变量ThreadLock进行，因为同时只能有一个线程进入Synchronize状态，所以可以用全局变量记录）
}
try
{ 然后就是把这个记录数据存入SyncList这个列表中（如果这个列表不存在的话，则创建它）。 }
if SyncList = nil then
SyncList := TList.Create;
//
SyncProc.SyncRec := ASyncRec;
SyncList.Add(@SyncProc);
{ 再接下就是调用SignalSyncEvent，其代码在前面介绍TThread的构造函数时已经介绍过了，它的功能就是简单地将SyncEvent作一个Set的操作。关于这个SyncEvent的用途，将在后面介绍WaitFor时再详述。 }
SignalSyncEvent;
{ 接下来就是最主要的部分了：调用WakeMainThread事件进行同步操作。WakeMainThread是一个TNotifyEvent类型的全局事件。这里之所以要用事件进行处理，是因为Synchronize方法本质上是通过消息，将需要同步的过程放到主线程中执行，如果在一些没有消息循环的应用中（如Console或DLL）是无法使用的，所以要使用这个事件进行处理。 }
if Assigned(WakeMainThread) then
WakeMainThread(SyncProc.SyncRec.FThread);
LeaveCriticalSection(ThreadLock);
// 在执行完WakeMainThread事件后，就退出临界区
try
WaitForSingleObject(SyncProc.Signal, INFINITE);
{ 然后调用WaitForSingleObject开始等待在进入临界区前创建的那个Event。这个Event的功能是等待这个同步方法的执行结束，关于这点，在后面分析CheckSynchronize时会再说明。 }
finally
EnterCriticalSection(ThreadLock);
end;
{ 注意在WaitForSingleObject之后又重新进入临界区，但没有做任何事就退出了，似乎没有意义，但这是必须的！
因为临界区的Enter和Leave必须严格的一一对应。那么是否可以改成这样呢：
if Assigned(WakeMainThread) then
WakeMainThread(SyncProc.SyncRec.FThread);
WaitForSingleObject(SyncProc.Signal, INFINITE);
finally
LeaveCriticalSection(ThreadLock);
end;
上面的代码和原来的代码最大的区别在于把WaitForSingleObject也纳入临界区的限制中了。看上去没什么影响，还使代码大大简化了，但真的可以吗？事实上是不行！
因为我们知道，在Enter临界区后，如果别的线程要再进入，则会被挂起。而WaitFor方法则会挂起当前线程，直到等待别的线程SetEvent后才会被唤醒。如果改成上面那样的代码的话，如果那个SetEvent的线程也需要进入临界区的话，死锁（Deadlock）就发生了（关于死锁的理论，请自行参考操作系统原理方面的资料）。死锁是线程同步中最需要注意的方面之一！
}
finally
LeaveCriticalSection(ThreadLock);
end;
finally
CloseHandle(SyncProc.Signal);
end;
// 最后释放开始时创建的Event，如果被同步的方法返回异常的话，还会在这里再次抛出异常。
if Assigned(ASyncRec.FSynchronizeException) then
raise ASyncRec.FSynchronizeException;
end;
end;
这段代码略多一些，不过也不算复杂。
可见ThreadLock这个临界区就是为了保护对SyncList的访问，这一点在后面介绍CheckSynchronize时会再次看到。
而响应这个事件的是Application对象，下面两个方法分别用于设置和清空 WakeMainThread事件的响应（来自Forms单元）
procedure TApplication.HookSynchronizeWakeup;
begin
Classes.WakeMianThread:= WakeMainThread;
end;
procedure TApplication.UnhookSynchronizeWakeup;
begin
Classes.WakeMainThread:= nil;
end;
上面这两个方法分别是在TApplication类的构造函数和析构函数中被调用。
这就是在Application对象中WakeMainThread事件响应的代码，消息就是在这里被发出的，它利用一个空消息来实现
procedure TApplication.WakeMainThread(Sender: TObject);
begin
PostMessage(Handle, WM_NULL, 0, 0);
end;
而这个消息的响应也是在Application对象中，见下面的代码（删除无关的部分）
procedure TApplication.WndProc(var Message: TMessage);
...
begin
try
…
with Message do
case Msg of
…
WM_NULL:
CheckSynchronize;
…
except
HandleException(Self);
end;
end;
其中的CheckSynchronize也是定义在Classes单元中的，由于他比较复杂，暂时不详细说明，只要知道它是具体处理Synchronize功能的部分就好，回到前面CheckSynchronize，见下面的代码
function CheckSynchronize(Timeout: Integer = 0): Boolean;
var
SyncProc: PSyncProc;
LocalSyncList: TList;
begin
// 首先，这个方法必须在主线程中被调用（如前面通过消息传递到主线程），否则就抛出异常。
if GetCurrentThreadID <> MainThreadID then
raise EThread.CreateResFmt(@SCheckSynchronizeError, [GetCurrentThreadID]);
{ 接下来调用ResetSyncEvent（它与前面SetSyncEvent对应的，之所以不考虑WaitForSyncEvent的情况，是因为只有在Linux版下才会调用带参数的CheckSynchronize，Windows版下都是调用默认参数0的CheckSynchronize）。 }
if Timeout > 0 then
WaitForSyncEvent(Timeout)
else
ResetSyncEvent;
{ 现在可以看出SyncList的用途了：它是用于记录所有未被执行的同步方法的。因为主线程只有一个，而子线程可能有很多个，当多个子线程同时调用同步方法时，主线程可能一时无法处理，所以需要一个列表来记录它们。 }
LocalSyncList := nil;
EnterCriticalSection(ThreadLock);
try
Integer(LocalSyncList) := InterlockedExchange(Integer(SyncList),
Integer(LocalSyncList));
try
Result := (LocalSyncList <> nil) and (LocalSyncList.Count > 0);
if Result then
begin
{ 在这里用一个局部变量LocalSyncList来交换SyncList，这里用的也是一个原语：InterlockedExchange。同样，这里也是用临界区将对SyncList的访问保护起来。只要LocalSyncList不为空，则通过一个循环来依次处理累积的所有同步方法调用。最后把处理完的LocalSyncList释放掉，退出临界区。 }
while LocalSyncList.Count > 0 do
begin
{ 再来看对同步方法的处理：首先是从列表中移出（取出并从列表中删除）第一个同步方法调用数据。然后退出临界区（原因当然也是为了防止死锁）。接着就是真正的调用同步方法了。 }
SyncProc := LocalSyncList[0];
LocalSyncList.Delete(0);
LeaveCriticalSection(ThreadLock);
try
try
SyncProc.SyncRec.FMethod;
except // 如果同步方法中出现异常，将被捕获后存入同步方法数据记录中。
SyncProc.SyncRec.FSynchronizeException := AcquireExceptionObject;
end;
finally
EnterCriticalSection(ThreadLock);
{ 重新进入临界区后，调用SetEvent通知调用线程，同步方法执行完成了（详见前面Synchronize中的WaitForSingleObject调用）。 }
end;
SetEvent(SyncProc.signal);
end;
end;
finally
LocalSyncList.Free; // 等list的序列全部执行完后，释放list的资源
end;
finally
LeaveCriticalSection(ThreadLock);
end;
end;
至此，整个Synchronize的实现介绍完成。
function TThread.WaitFor: LongWord;
var
H: array [0 .. 1] of THandle;
WaitResult: Cardinal;
Msg: TMsg;
begin
H[0] := FHandle;
if GetCurrentThreadID = MainThreadID then
begin
WaitResult := 0;
H[1] := SyncEvent;
repeat
{ This prevents a potential deadlock if the background thread does a SendMessage to the foreground thread }
if WaitResult = WAIT_OBJECT_0 + 2 then
PeekMessage(Msg, 0, 0, 0, PM_NOREMOVE);
WaitResult := MsgWaitForMultipleObjects(2, H, False, 1000,
QS_SENDMESSAGE);
CheckThreadError(WaitResult <> WAIT_FAILED);
if WaitResult = WAIT_OBJECT_0 + 1 then
CheckSynchronize;
until WaitResult = WAIT_OBJECT_0;
end
else
WaitForSingleObject(H[0], INFINITE);
CheckThreadError(GetExitCodeThread(H[0], Result));
end;
如果不是在主线程中执行WaitFor的话，很简单，只要调用 WaitForSignalObject 等待此线程的Handle为Signaled状态即可
如果是在主线程中执行WaitFor则比较麻烦。首先要在Handle数组中增加一个SyncEvent，然后循环等待，直到线程结束（即MsgWaitForMultipleObjects返回WAIT_OBJECT_0，详见MSDN中关于此API的说明）。