如何写优雅的代码（4）——简单有效地玩转线程

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//TITLE:
// 如何写优雅的代码（4）——简单有效地玩转线程
//AUTHOR:
// norains
//DATE:
// Monday 23- November-2009
//Environment:
// WINDOWS CE 5.0
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线程的使用，说复杂吧，却又是只有那几个函数，无非就是通过CreateThread创建线程，然后再通过CloseHanle关闭句柄，大不了再加一个SetThreadPriority来设置优先级；说它简单吧，如何正常退出线程，如何有效地使用线程，却又往往让初学者头疼。

本文主题是如何简单却又有效地使用线程，但不涉及复杂的线程间数据交换。

首先，我们先来了解如何创建线程。很简单，调用CreateThread函数即可。该函数的原型如下：

HANDLE CreateThread(
  LPSECURITY_ATTRIBUTES lpsa, 
  DWORD cbStack, 
  LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddr, 
  LPVOID lpvThreadParam, 
  DWORD fdwCreate, 
  LPDWORD lpIDThread
)

lpsa形参好办，不用我们担心，只要直接设置为NULL；cbStack也容易，一般使用的话，我们也很少使用自定义的堆栈，所以这个也可以直接这只为NULL。lpStartAddr是最重要的一个，指向我们线程的处理函数。lpvThreadParam是传递给处理函数的形参，如果线程处理函数是封装于类中，那么这玩意可万万不能忽略。后面的fdwCreate和lpIDThread，如果没有特殊的用途，也可以一并设置为NULL。

所以，最简单的的线程创建函数的调用将可以如此：

HANDLE hThrd = CreateThread(NULL,NULL,StartAddr,NULL,NULL,NULL);

如果后续不需要对该线程进行设置，比如更改优先级之类，那么创建完毕后，我们可以调用CloseHandle关闭句柄：

CloseHandle(hThrd);

需要注意的是，这里的关闭句柄，并不意味着是关闭线程处理函数，而只是将句柄对象从系统中删除而已。简单但又不失严谨来说，对于系统，有一个列表，是用来记录创建的线程对象；当该对象不再使用时，我们必须将其关闭，以避免句柄泄漏。

接下来，我们再看看线程处理函数的原型：

DWORD ThreadProc(
  LPVOID lpParameter
);

没什么特别的，返回值为DWORD，形参只有一个，为lpParameter。这个lpParameter的数值，就是CreateThread的第四个形参。

我们简单地说说这形参是怎么传递的。

如果我们代码是这么创建线程的：

DWORD dwValue = 123;
CreateThread(NULL,NULL,ThreadProc,reinterpret_cast<VOID *>(dwValue),NULL,NULL);

那么我们的线程可以这么获取数值：

DWORD ThreadProc(LPVOID pParam)
{
  DWORD dwValue = reinterpret_cast<DWORD>(pParam);
  return 0;
}

此时ThreadProc中的数值即为123。

似乎这形参并没有多大的作用，如果仅仅是为了传递一个DWORD类型的数值，我们完全可以采用全局变量的方式。那我们现在将话题往前推一点，看看在类中封装线程处理函数的情形。这时候，这个看似没多大用的形参，却是我们访问成员变量或函数的唯一桥梁。

在CreateThread的描述中，很清楚知道，我们不能将对象函数的地址作为参数传递，而只能传递类函数。通俗点来说，只有用了static修饰的函数才能作为形参。

如：

class CBase
{
public:
DWORD ThreadProc(LPVOID pParam);
};

上面的的ThreadProc是无法作为函数形参的。但下面的这个，就能作为形参：

class CBase
{
public:
static DWORD ThreadProc(LPVOID pParam);
};

虽然增加static修饰是可以作为形参传递，但我们不可避免会遇到一个问题，就是在ThreadProc中无法访问对象成员或对象函数。解决这个问题也是很简单，我们只需要将this指针作为参数传递给ThreadProc函数，然后再转换为对象指针，就能正常访问对象成员了。

创建线程时：

HANDLE hThrd = CreateThread(NULL,NULL,ThreadProc,this,NULL,NULL);
CloseHandle(hThrd);

然后是线程处理函数：

DWORD CBase::ThreadProc(LPVOID pParam)
{
 CBase *pObj = reinterpret_cast<CBase *>(pParam);
 if(pObj == NULL)
{
 ASSERT(FALSE);
 return 0x10;
}

pObj->CheckSum(); //这里就可以直接调用对象函数
}

在类中封装线程函数就是这么简单，关键只在于传递this指针而已。线程的基础差不多就说到这里，如果需要更详细的说明，可以查阅相关文档。只不过，到目前为止的介绍，对于接下来的说明已经足够了。

为了方便，接下来的讨论，我们都假设所有的操作都封装在类里。

之前我们有讨论过，CloseHandle并不是关闭线程，只是将线程的句柄从系统的列表中删除，那么，我们应该如何关闭线程呢？

普遍的，也是最受推荐的，就是让线程自己返回。

比如：

DWORD CBase::ThreadProc(LPVOID pParam)
{
 //TODO：Do thing.
 ...
 return 0;
}

也许有人会问，API不是有TerminateThread函数么，调用该函数为什么不可以？当然可以，只不过非常不好。

加入我们有一个线程函数的代码如下：

DWORD CBase::ThreadProc(LPVOID pParam)
{
LABEL1:
 if(IsTimeOut() == FALSE)
 {
  g_iFlag |= MUTEX_NOP;
}

LABEL2:
if(IsCheckSystem() == FALSE)
 {
  g_iFlag |= MUTEX_CHECK;
}

LABEL3:
if(IsBeautiful() == FALSE)
 {
  g_iFlag |= BEAUTIFULE;
}

 return 0;
}

如果在线程函数还在执行的时候，就调用TerminateThread，那么，最终g_iFlag会是什么数值？

如果执行到LABEL1，刚好调用TerminateThread，那么g_iFlag等于原值；如果是刚好执行到LABEL2，那么g_iFlag会设置MUTEX_CHECK位；如果再往下执行到LABEL3，那么就又和之前的完全不同。

更为重要的是，多线程，你在调用Terminate时，根本无法知道ThreadProc究竟执行到了哪一步。换句话说，这程序，每次实行，都可能会和上一次不一样，这难道不是一个灾难么？

所以，还是老老实实，线程该咋样就咋样，该自己退出就让它自生自灭吧！

线程的使用多种多样，本文无法一一列举，因此接下来的讨论，我们将范围缩小，局限于线程是不停地循环接收事件。

根据该要求我们很简单地罗列出相应的代码：

void CBase::Create()
{
 //创建事件
 m_hEventWait = CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,TEXT(“EVENT_WAIT”));

 //创建线程
 m_hThrd = CreateThread(NULL,NULL,ThreadProc,this,NULL,NULL);
}

DWORD CBase::ThreadProc(LPVOID pParam)
{
CBase *pObj = reinterpret_cast< CBase *>(pParam);
   if(pObj == NULL)
   {
  return 0x10;
}

while(TRUE)
{ 
//等待事件
WaitForSingleObject(pObj->m_hEvnetWait, INFINITE);

//TODO:在这里做接收到事件的动作
}
}

不过这段代码确实是有问题，因为我们无法让线程自己退出。那么，我们先采用一个最简单的方式，设置一个标志位，当该标志位为TRUE时，我们让线程跳出循环，然后直接线程返回。

线程部分代码更改如下：

DWORD CBase::ThreadProc(LPVOID pParam)
{
CBase *pObj = reinterpret_cast< CBase *>(pParam);
  if(pObj == NULL)
  {
   return 0x10;
}

while(pObj->m_ExitProc != FALSE)
{
//每隔100MS就从函数返回，然后判断是否需要线程退出
if(WaitForSingleObject(pObj->m_hEvnetWait, 100) != WAIT_TIMEOUT)
{
//TODO:在这里做接收到事件的动作
}
}
}

但这样的修改，其实在效率上还是有点问题的。因为我们需要判断m_ExitProc的数值，所以我们对于WaitForSingleObject需要每隔一段时间就从等待中返回，然后再判断标志位。在这间隔性的返回当中，我们白白耗费了不少CPU时间。

为了避免这种无谓的损耗，我们应该改用WaitForMultipleObjects函数，同时等待两个事件。其中一个事件当然是我们之前所需要的，另外一个新的事件我们称其为唤醒事件，当接收到该事件时，我们就直接退出线程。

根据这个思想，那么我们代码又可以改装如下：

void CBase::Create()
{
//创建唤醒事件
 m_hEvent[0] = CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,NULL);

 //创建等待事件
 m_hEvent[1] = CreateEvent(NULL,FALSE,FALSE,TEXT(“EVENT_WAIT”));

 //创建线程
 m_hThrd = CreateThread(NULL,NULL,ThreadProc,this,NULL,NULL);
}


DWORD CBase::ThreadProc(LPVOID pParam)
{
CBase *pObj = reinterpret_cast< CBase *>(pParam);
  if(pObj == NULL)
  {
   return 0x10;
}

while(TRUE)
{
//等待多个事件
DWORD dwObj = WaitForMultipleObjects (pObj->m_hEvnetWait, INFINITE);

if(dwObj == WAIT_OBJECT_0)
{
 //跳出循环，退出函数
 break;
}
else
{
//TODO:在这里做接收到事件的动作
}
}
}

嗯，这一下子，效率是提上去了。如果啥事情都没有呢，这线程就乖乖地在休息；如果有事情呢，它就会立马苏醒，然后再看看外面的世界。

只不过，工作正常了，并不代表优雅。简单地说，如果我们想知道当前这线程究竟是在运行，还是不在运行呢？

这个也非常简单，我们再给线程函数添加一个变量，当进入的时候设置TRUE，退出的时候设置FALSE。是不是也很简单呢？

代码如下：

DWORD CBase::ThreadProc(LPVOID pParam)
{
CBase *pObj = reinterpret_cast< CBase *>(pParam);
  if(pObj == NULL)
  {
   return 0x10;
}

//在这里设置线程运行标识
 InterlockedExchange(reinterpret_cast<LONG *>(&m_bThrdRunning),TRUE);

while(TRUE)
{
//等待多个事件
DWORD dwObj = WaitForMultipleObjects (pObj->m_hEvnetWait, INFINITE);

if(dwObj == WAIT_OBJECT_0)
{
 //跳出循环，退出函数
 break;
}
else
{
//TODO:在这里做接收到事件的动作
}
}

//在这里设置线程退出标识
InterlockedExchange(reinterpret_cast<LONG *>(&m_bThrdRunning),FALSE);
return 0;
}

看到这里也许有人会觉得奇怪，因为对于m_bThrdRunning变量来说，也只有在线程里才会变更其数值，为什么还要祭出InterlockedExchange呢？对，没错，如果外部只需要读取其数值，而不用更改，那么只要简单地调用等号就好了。那为什么我们还要这么弄呢？主要是考虑到关闭线程的函数。

简单点来说，我们关闭线程的函数应该分为两种模式。一种模式为同步，另一种为异步。换句话来说，当其为异步模式时，我们只需要像线程发送个事件就好了；如果为同步模式，那么发送事件完毕后，我们还要判断退出标识。这时候，InterlockedExchange就派上用场了，我们可以采用它做一个自旋判断，直到其为FALSE，我们才退出关闭函数。

如上所言，则关闭函数如下：

void CBase::Close(CloseFlag flag)
{ 
 if(m_bProcRunning != FALSE)
 {  
  SetEvent(m_hEvent[0]);

  if(flag == CLOSE_ASYNC)
  {
   //为异步模式，世界返回
   return;
  }

  //自旋等待，直到其线程退出
  while(InterlockedExchange(reinterpret_cast<LONG *>(& m_bThrdRunning),TRUE) == TRUE)
  {
   SetEvent(m_hEvent[0]);
   Sleep(100);
  }
  InterlockedExchange(reinterpret_cast<LONG *>(& m_bThrdRunning),FALSE);
 } 

 //关闭线程句柄
 CloseHandle(m_hThrd);
 m_hThrd = NULL;
}