Delphi中线程类TThread实现多线程编程1---构造、析构……

参考：http://www.cnblogs.com/rogee/archive/2010/09/20/1832053.html

　　Delphi中有一个线程类TThread是用来实现多线程编程的，这个绝大多数的Delphi书籍都有讲到，但是基本上都是对TThread类的几个成员作一简单介绍，再说明一个 Execute的实现和 Synchronize 的用法就完了。然而这并不是多线程编程的全部。

　　线程本质上是进程中一段并发运行的代码。一个进程至少有一个线程，即所谓的主线程。同时还可以有多个子线程。当一个进程中用到超过一个线程时，就是所谓的“多线程”

　　那么这个所谓的“一段代码”是如何定义的呢？其实就是一个函数或过程（对Delphi而言）

　　如果用Windows API来创建线程的话，是通过一个叫做 CreateThread的API函数来实现的，它的定义是

HANDLE CreateThread(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,    //线程属性（用于在NT下进行线程的安全属性设置，在9X下无效）
    DWORD dwStackSize,    //堆栈大小
    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,    //起始地址
    LPVOLD lpParameter,    //参数
    DWORD dwCreationFlags,    //创建标志（用于设置线程创建时候的状态）
    LPDWORD lpThreadId    //线程ID
);

　　最后返回线程 Handle。其中的起始地址就是线程函数的入口，直至线程函数结束，线程也就结束了

　　因为CreateThread的参数很多，而且是Windows API，所以在 C Runtime Library里面提供了一个通用的线程函数（理论上是可以在任何支持线程的OS中使用）:

unsigned long_beginthread(void(_USERENTRY *__start)(void*), unsigned __stksize, void * __arg);

　　Delphi也提供了一个相同功能的类似函数

function BeginThread(SecurityAttributes: Pointer;
                                StackSize: LongWord;
                                ThreadFunc: TThreadFunc;
                                Parameter: Pointer;
                                CreationFlags: LongWord;
                                var ThreadId: LongWord): Integer;

　　这三个函数的功能是基本相同的，它们都是将线程函数中大代码放到一个独立的线程中执行。线程函数与一般函数最大的不同在于，线程函数一启动，这三个线程启动函数就返回了，主线程继续向下执行，而线程函数在一个独立的线程中执行，它要执行多久，什么时候返回，主线程是不管也不知道的。

　　正常情况下，线程函数返回之后，线程就终止了。但是也有其他方式：

Windows API:

VOID ExitThread(DWORD dwExitCode);

C Runtime Library:

void _endthread(void);

Delphi Runtime Library:

procedure EndThread(ExitCode: Integer);

　　为了记录一些必要的线程数据（状态/属性等），OS会为线程创建一个内部Object，如在Windows中那个Handle 便是这个内部Object的 Handle，所以在线程结束的时候还应该释放这个Object

　　虽然说用API 和 RTL（Runtime Library）已经可以很方便地进行多线程编程了，但是还是需要进行较多的细节处理，为此 Delphi在Classes单元中对线程做了一个较好的封装，这就是VCL的线程类： TThread

　　使用这个类也很简单，大多数的Delphi都有说，基本用法是：

1.先从TThread派生一个自己的线程类（因为TThread是一个抽象类，不能生成实例）

2.然后是Override抽象方法：Execute（这就是线程函数，也就是在线程中执行的代码部分）

3.如果需要用到可视VCL对象，还需要通过Synchronize过程进行

　　本文接下来要讨论的是TThread类是如何对线程进行封装的，也就是深入探究一下TThread类的实现。因为只有真正地了解它，才能更好的使用它

　　下面是Delphi 7 中TThread类的声明（本文只讨论 Windows平台下的实现，所以去掉了所有有关Linux平台部分的代码）

TThread = class
private
  FHandle: THandle;
  FThreadID: THandle;
  FCreateSuspended: Boolean;
  FTerminated: Boolean;
  FSuspended: Boolean;
  FFreeOnTerminate: Boolean;
  FFinished: Boolean;
  FReturnValue: Integer;
  FOnTerminate: TNotifyEvent;
  FSynchronize: TSynchronizeRecord;
  FFatalException: TObject;
  procedure CallOnTerminate;
  class procedure Synchronize(ASyncRec: PSynchronizeRecord); overload;
  function GetPriority: TThreadPriority;
  procedure SetPriority(Value: TThreadPriority);
  procedure SetSuspended(Value: Boolean);
protected
  procedure CheckThreadError(ErrCode: Integer); overload;
  procedure CheckThreadError(Success: Boolean); overload;
  procedure DoTerminate; virtual;
  procedure Execute; virtual; abstract;
  procedure Synchronize(Method: TThreadMethod); overload;
  property ReturnValue: Integer read FReturnValue write FReturnValue;
  property Terminated: Boolean read FTerminated;
public
  constructor Create(CreateSuspended: Boolean);
  destructor Destroy; override;
  procedure AfterConstruction; override;
  procedure Resume;
  procedure Suspend;
  procedure Terminate;
  function WaitFor: LongWord;
  class procedure Synchronize(AThread: TThread; AMethod: TThreadMethod); overload;
  class procedure StaticSynchronize(AThread: TThread; AMethod: TThreadMethod);
  property FatalException: TObject read FFatalException;
  property FreeOnTerminate: Boolean read FFreeOnTerminate write FFreeOnTerminate;
  property Handle: THandle read FHandle;
  property Priority: TThreadPriority read GetPriority write SetPriority;
  property Suspended: Boolean read FSuspended write SetSuspended;
  property ThreadID: THandle read FThreadID;
  property OnTerminate: TNotifyEvent read FOnTerminate write FOnTerminate;
end;

　　TThread类在Delphi的RTL里面算是比较简单的类，类成员也不多，类属性都很简单明白，本文将只对几个比较重要的类成员方法和唯一的事件：OnTerminate做详细分析

　　首先是构造函数

constructor TThread.Create(CreateSuspended: Boolean);
begin
    inherited Create;
    AddThread;
    FSuspended:= CreateSuspended;
    FCreateSuspended:= CreateSusPended;
    FHandle:= BeginThread(nil, 0, @ThreadProc, Pointer(Self), Create_SUSPENDED, FThreadID);
    if FHandle = 0 then
        raise EThread.CreateRssFmt(@SThreadCreateError,[SysErrorMessage(GetLastError)]);

end;

　　虽然这个构造函数没有多少代码，但是却可以算是最重要的一个成员，因为线程就是在这里被创建的。

　　在通过Inherited 调用TObject.Create之后，第一句就是调用一个过程：AddThread，其源码如下

procedure AddThread;
begin
    InterlockedIncrement(ThreadCount);
end;

　　同样有对应的RemoveThread

procedure RemoveThread;
begin
    InterlockedDecrement(ThreadCount);
end;

　　它们的功能很简单，就是通过增减一个全局变量来统计进程中的线程数。只是这里用于增减变量的并不是常用的Inc/Dec过程，而是用InterlockedIncrement/InterlockedDecrement这对过程。，它们实现的功能完全一样，都是对变量加一或减一。但是它们有一个最大的区别，那就是InterlockedIncrement/InterlockedDecrement是线程安全的。即它们在多线程下能保证执行结果的正确，而Inc/Dec不能。或者按操作系统理论中的术语来说，这是一对“原语”操作。以加一为例来说明二者实现细节上的不同：

　　一般而言，对内存数据加一的操作分解之后有三步：

1)从内存读出数据

2)数据加一

3)存入内存

　　现在假设在一个有两个线程的进程中用Inc进行加一操作，可能出现下面这种情况：

1)线程A从内存中读出数据（假设为3）

2)线程B也从内存中读出数据（也是3）

3)线程A对数据加一（现在是4）

4)线程B对数据加一（现在也是4）

5)线程A将数据存入内存（现在内存中的数据是4）

6)线程B也将数据存入内存（现在的内存中的数据还是4，但是两个线程都对它加了一，应该是5才对，所以这里出现了错误的结果

　　而用InterlockedIncrement过程则没有这个问题，因为所谓“原语”是一种不可中断的操作，即操作系统能保证在一个“原语”执行完毕之前不会进行线程切换。所以在上面的例子中，只有当线程A执行完并将数据存入到内存之后，线程B才可以开始从中取数并进行加一操作，这就保证了即使是在多线程情况下，结果一定会使正确的。

　　前面的那个例子也说明一种“线程访问冲突”的情况，这也是为什么线程之间需要“同步”（Synchronize），关于这个，在后面说到同步的时候还会再详细讨论

　　说到同步，有一个题外话：加拿大滑铁卢大学的教授李明曾就Synchronize一词在“线程同步”中被译作“同步”提出过异议，个人认为他说的其实很有道理。在中文中“同步”的意思是“同时发生”，而“线程同步”目的就是避免这种“同时发生”的事情。而在英文中，Synchronize的意思有两个：一个是传统意义上的同步（To occur at the same time），另一个是“协调一致”（To operate in unison）。在“线程同步”中的Synchronize一词应该是指后面一种意思，即“保证多个线程在访问同一数据时，保持协调一致，避免出错”。不过像这样译得不准的词在IT业还有很多，既然已经是约定俗成了，本文也将继续沿用，只是在这里说明一下，因为软件开发是一项细致的工作，该弄清楚的，绝不能含糊。

　　扯远了，回到TThread的构造函数上，接下来最重要的就是这句了

FHandle:= BeginThread(nil, 0, @ThreadProc(Self), Create_SUSPENDED, FThreadID);

　　这里就用到了前面所说的Delphi RTL函数BeginThread，它有很多参数，关键是第三、四两个参数。第三个参数就是前面说到的线程函数，即在线程中执行的代码部分。第四个参数则是传递给线程函数的参数，这里就是创建的线程对象（即Self）。其他的参数中，第五个是用于设置线程在创建之后即挂起，不立即执行（启动线程的工作实在 AfterConstruction中根据 CtreateSuspended标识来决定的），第六个是返回线程ID

　　现在来看 TThread的核心：线程函数ThreadProc。有意思的是这个线程类的核心却不是线程的成员，而是一个全局函数（因为BeginThread过程的参数约定只能用全局函数）。下面是它的代码

fucntion ThreadProc(Thread: TThread): Integer;
var
    FreeThread: Boolean;
begin
    try
        if not Thread.Terminated then
            try
                Thread.Execute;
            except
                Thread.FFatalException:= AcquireExceptionObject;
            end;
    finally
        FreeThread:= Thread.FFreeOnTerminate;
        Result:= Thread.FReturnValue;
        Thread.DoTerminate;
        Thread.FFinished:= True;
        SignalSyncEvent;
        if FreeThread then
            Thread.Free;
        EndThread(Result);
    end;
end;

　　虽然这里也没有多少代码，但却是整个TThread中最重要的部分，因为这段代码是真正在线程中执行的代码。下面对代码做逐行说明：

　　首先判断线程类的Terminated 标识，如果未被标志位终止，则调用线程类的Execute方法执行线程代码，因为TThread是抽象类，Execute方法是抽象方法，所以本质上是执行派生类中的Execute代码。

　　所以说，Execute 就是线程类中的线程函数，所有在Execute 中的代码都需要被当做线程代码来考虑。如防止访问冲突等。如果Execute发生异常，则通过AcquireExceptionObject取得异常对象，并存入线程类的FFatalException成员中

　　最后是线程结束之前做的一些收尾工作。局部变量FreeThread记录了线程类的FreeOnTerminate属性的设置，然后将线程返回值设置为线程类的返回值属性的值。然后执行线程类的 DoTerminate方法

　　DoTerminate方法的代码如下

procedure TThread.DoTerminate;
begin
    if Assigned(FOnTerminate) then
        Synchronize(CallOnTerminate);
end;

　　很简单，就是通过Synchronize 来调用 CallOnTerminate 方法，而CallOnTerminate 方法的代码如下，就是简单地调用OnTerminate 事件：

procedure TThread.CallOnTerminate;
begin
    if Assigned(FOnTerminate) then
        FOnTerminate(Self);
end;

　　因为 OnTerminate事件是在 Synchronize 中执行的，所以本质上它并不是线程代码，而是主线程代码（具体见后面对Synchronize的分析）

　　执行完OnTerminate之后，将线程类的 FFinished标志设置为True。接下来执行SignalSyncEvent过程，其代码如下

procedure SignalSyncEvent
begin
    SetEvent(SyncEvent);
end;

　　也很简单，就是设置一下一个全局变量Event：SyncEvent，关于Event 的使用，本文将在后文详述，而SyncEvent 的用途将在 WaitFor过程中说明

　　然后根据 FreeThread中保存的FreeOnTerminate设置决定是否释放线程类，在线程类释放时，还有一些操作，详见下面的析构函数实现。

　　最后调用 EndThread 结束线程，返回线程返回值。至此，线程完全结束。

　　说完构造函数，再看析构函数

destructor TThread.Destory;
begin
    if (FThreadID <> 0) and not FFinished then
    begin
        Terminate;
        if FCreateSuspended then
            Resume;
        WaitFor;
    end;
    if FHandle <> 0 then
        CloseHandle(FHandle);
    inherited Destory;
    FFatalException.Free;
    RemoveThread;
end;

　　在线程对象被释放之前，首先要检查线程是否还在执行中，如果线程还在执行中（线程ID不为0，并且线程结束标志未设置），则调用Terminate 过程结束线程。Terminate 过程知识简单地设置线程类的 Terminated标志，如下面的代码：

procedure TThread.Terminate;
begin
    FTerminated:= True;
end;

　　所以线程仍然必须继续执行到正常结束之后才行，而不是立即终止线程，这一点要注意

　　在这里说一些题外话：很多人问过我，如何才能“立即”终止线程（当前是指用TThread 创建的线程）。结果当然是不行！终止线程的唯一的方法就是让Execute 方法执行完毕，所以一般来说，要让你的线程能尽快终止，必须在Execute 方法中在较短的时间内不断检查Terminated标志，以便能及时地退出。这是设计线程代码的一个很重要的原则！

　　当然如果你一定要能“立即”退出线程，那么TThread 类不是一个好的选择，因为如果用API强制终止线程的话，最终会导致TThread 线程对象不能被正确释放，在对象析构时出现 Access Violation。这种情况你只能使用API或者RTL函数来创建线程

　　如果线程结束处于启动挂起状态，则线程转入到运行状态，然后调用WaitFor进行等待，其功能就是等待到线程结束后才继续向下执行。关于WaitFor的实现，将放到后面说明。

　　线程结束后，关闭线程Handle（正常线程创建的情况下Handle都是存在的），释放操作系统创建的线程对象。

　　然后调用TObject.Destory 释放本对象，并释放已经捕获的异常对象，最后调用RemoveThread减少进程的线程数

　　其他关于 Suspend/Resume及线程优先级设置等方面，不是本文的重点，不再赘述。下面讨论的是本文的另两个重点：Synchronize和WaitFor。具体的见下一篇博客