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      多線程編程淺析(2)——線程間通信

       Jugg_Bug 2013-09-11

       上文我們介紹了如何建立一個簡單的多線程程序,多線程之間不可避免的需要進行通信。相比于進程間通信來說,線程間通信無疑是相對比較簡單的。

         首先我們來看看最簡單的方法,那就是使用全局變量(靜態(tài)變量也可以)來進行通信,由于屬于同一個進程的各個線程是處于同一個進程空間中的,并且它們共享這個進程的各種資源,因此它們都可以毫無障礙的訪問這個進程中的全局變量。當(dāng)需要有多個線程來訪問一個全局變量時,通常我們會在這個全局變量前加上volatile聲明,來告訴編譯器這個全局變量是易變的,讓編譯器不要對這個變量進行優(yōu)化(至于編譯器到底有沒有按照你的要求來對volatile進行處理這個暫且不理)。

         下面貼出一段簡單的示例代碼:

      #include "stdafx.h"
      #include 
      "windows.h"
      #include 
      "stdio.h"

      volatile int ThreadData = 0;

      void ThreadProcess()
      {
          
      for(int i=0; i<6; i++)
          
      {
              ThreadData 
      += 1000;
              Sleep(
      1000);
              printf(
      "Sub  Thread Tick %5d! %5d\n",(i+1)*1000, ThreadData);
          }

          printf(
      "Exit Sub Thread!\n");
          
      }


      int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
      {
          HANDLE hThread;
          DWORD ThreadID;
          hThread
      =CreateThread(NULL,
                           
      0,
                           (LPTHREAD_START_ROUTINE)ThreadProcess,
                           NULL,
                           
      0,
                           
      &ThreadID);
          
          
      for(int i=0; i<10; i++)
          
      {
              ThreadData 
      -= 600;
              Sleep(
      600);
              printf(
      "Main Thread Tick %5d! %5d\n", (i+1)*600, ThreadData);
          }

          printf(
      "Main Thread Loop Finished! \n");
          system(
      "pause");
          
      return 0;
      }

         除了全局變量之外,還有其他的方法,比如利用消息機制等來實現(xiàn)線程間通信。這個就不詳細解釋了,關(guān)于消息機制,詳情請看Windows消息機制概述 。 

         下面,關(guān)于多線程中的全局變量,我來介紹點有點偏題的東西:
      線程局部存儲(TLS)
          進程中的全局變量與函數(shù)內(nèi)定義的靜態(tài)(static)變量,是各個線程都可以訪問的共享變量。在一個線程修改的內(nèi)存內(nèi)容,對所有線程都生效。這是一個優(yōu)點也是一個缺點。說它是優(yōu)點,線程的數(shù)據(jù)交換變得非??旖荨Uf它是缺點,一個線程死掉了,其它線程也性命不保; 多個線程訪問共享數(shù)據(jù),需要昂貴的同步開銷,也容易造成同步相關(guān)的BUG。
        如果需要在一個線程內(nèi)部的各個函數(shù)調(diào)用都能訪問、但其它線程不能訪問的變量(被稱為static memory local to a thread 線程局部靜態(tài)變量),就需要新的機制來實現(xiàn)。這就是TLS。
        線程局部存儲在不同的平臺有不同的實現(xiàn),可移植性不太好?!?br>  方法一:每個線程創(chuàng)建時系統(tǒng)給它分配一個LPVOID指針的數(shù)組(叫做TLS數(shù)組),這個數(shù)組從C編程角度是隱藏著的不能直接訪問,需要通過一些C API函數(shù)調(diào)用訪問。首先定義一些DWORD線程全局變量或函數(shù)靜態(tài)變量,準備作為各個線程訪問自己的TLS數(shù)組的索引變量。一個線程使用TLS時,第一步在線程內(nèi)調(diào)用TlsAlloc()函數(shù),為一個TLS數(shù)組索引變量與這個線程的TLS數(shù)組的某個槽(slot)關(guān)聯(lián)起來,例如獲得一個索引變量:
        global_dwTLSindex=TLSAlloc();
        注意,此步之后,當(dāng)前線程實際上訪問的是這個TLS數(shù)組索引變量的線程內(nèi)的拷貝版本。也就說,不同線程雖然看起來用的是同名的TLS數(shù)組索引變量,但實際上各個線程得到的可能是不同DWORD值。其意義在于,每個使用TLS的線程獲得了一個DWORD類型的線程局部靜態(tài)變量作為TLS數(shù)組的索引變量。C/C++原本沒有直接定義線程局部靜態(tài)變量的機制,所以在如此大費周折。
        第二步,為當(dāng)前線程動態(tài)分配一塊內(nèi)存區(qū)域(使用LocalAlloc()函數(shù)調(diào)用),然后把指向這塊內(nèi)存區(qū)域的指針放入TLS數(shù)組相應(yīng)的槽中(使用TlsValue()函數(shù)調(diào)用)。
        第三步,在當(dāng)前線程的任何函數(shù)內(nèi),都可以通過TLS數(shù)組的索引變量,使用TlsGetValue()函數(shù)得到上一步的那塊內(nèi)存區(qū)域的指針,然后就可以進行內(nèi)存區(qū)域的讀寫操作了。這就實現(xiàn)了在一個線程內(nèi)部這個范圍處處可訪問的變量。
        最后,如果不再需要上述線程局部靜態(tài)變量,要動態(tài)釋放掉這塊內(nèi)存區(qū)域(使用LocalFree()函數(shù)),然后從TLS數(shù)組中放棄對應(yīng)的槽(使用TlsFree()函數(shù))。
        方法二:
        直接聲明這個變量是各個線程有自己拷貝的線程局部靜態(tài)變量:
        __declspec( thread ) int var_name;

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