(495) 925-0049, ITShop интернет-магазин 229-0436, Учебный Центр 925-0049
  Главная страница Карта сайта Контакты
Поиск
Вход
Регистрация
Рассылки сайта
 
 
 
 
 

Потоки и методы их синхронизаций в Delphi

SnugForce (Николай Смолин)

Статья призвана дать понятия о процессах, потоках и принципах программирования многопоточных приложений в delphi.

Процесс - экземпляр выполняемого приложения. При запуске приложения происходит выделение памяти под процесс, в часть которой и загружается код программы.

Поток - объект внутри процесса, отвечающий за выполнение кода и получающий для этого процессорное время.

При запуске приложения система автоматически создает поток для его выполнения. Поэтому если приложение однопоточное, то весь код будет выполняться последовательно, учитывая все условные и безусловные переходы.

Каждый поток может создать другой поток и т.д. Потоки не могут существовать отдельно от процесса, т.е. каждый поток принадлежит какому-то процессу и этот поток выполняет код, только в адресном пространстве этого процесса. Иными словами, поток не может выполнить код чужого процесса, хотя в nt-системах есть лазейка, но это уже тема отдельной статьи.

Многопоточность обеспечивает псевдопараллельную работу множества программ. В некоторых случаях без создания потоков нельзя обойтись, например, при работе с сокетами в блокирующем режиме.

В delphi существует специальный класс, реализующий потоки - tthread. Это базовый класс, от которого надо наследовать свой класс и переопределять метод execute.

tnew = class(tthread)
private
{ private declarations }
protected
procedure execute; override;
end;

procedure tnew.execute;
begin
{ place thread code here }
// Код, который будет выполняться в отдельном потоке
end;

Теперь можно в теле процедуры tnew.execute писать код, выполнение, которого подвешивало бы программу.

Тонкий момент. В теле процедуры не надо вызывать метод execute предка.

Теперь необходимо запустить поток. Как всякий класс tnew необходимо создать:

var
new: tnew;

begin
new := tnew.create(true);
end;

Значение true в методе create значит, что после создания класса поток автоматически запущен не будет.

Потом указываем, что после завершения кода потока он сразу завершится, т.е. не надо заботиться о его закрытии. В противном случае, необходимо самим вызывать функцию terminate.

new.freeonterminate := true;

Устанавливаем приоритет в одно из возможных значений:

tpidle Работает, когда система простаивает
tplowest Нижайший
tplower Низкий
tpnormal Нормальный
tphigher Высокий
tphighest Высочайший
tptimecritical Критический

new.priority := tplowest;

Не рекомендую устанавливать слишком большой приоритет т.к. поток может существенно загрузить систему.

Тонкий момент. Если в потоке присутствует бесконечный цикл обработки чего-либо, то поток будет загружать систему под завязку. Чтобы избежать этого вставляйте функцию sleep(n), где n - количество миллисекунд, на которое поток приостановит свое выполнение, встретив это функцию. n следует выбирать в зависимости от решаемой задачи.

Запускаем поток:

new.resume;

Кстати, если Вы планируйте писать код потока в отдельном модуле, то можно немного упростить написание скелета класса. Для этого выберите в хранилище объектов - thread object (Это на закладке new). Выскочит окно, в котором надо ввести имя класса, после чего, нажав Ок, автоматически создаться новый модуль со скелетом Вашего класса.

Синхронизация потоков при обращении к vcl-компонентам

Значит, мы научились создавать потоки. Но тут всплывает интересная вещь: что будет, если два потока обращаются к одним и тем же данным по записи? Например, два потока пытаются изменить заголовок главной формы.

Специально для этого в ОС реализованы механизмы синхронизаций. В частности, в классе tthread есть метод позволяющий избежать параллельного доступа к vcl-компонентам:

procedure synchronize(method: tthreadmethod);

Он то и позволяет избежать конфликта при обращении к одним vcl-компонентам разными потоками. В качестве параметра ему передается адрес процедуры без параметров. А как вызвать с параметрами? Для этого можно использовать внутриклассовые переменные.

tnew = class(tthread)
private
{ private declarations }
st: string;
procedure update;
protected
procedure execute; override;
end;

var
new: tnew;

procedure update;
begin
form1.caption := s;
end;

begin
s := 'yes';
synchronize(update);
end;

Вот полный пример, в котором метод addstr добавляет в memo несколько строчек. Если мы просто вызовем метод, то строчки от потоков будут добавятся в произвольном порядке. Если addstr вызовем методом synchronize, то строчки добавятся сначала от одного потока, а затем от второго. Получается, что поток монопольно захватывает ресурс memo и добавляет в него необходимую информацию, после добавления поток освобождает memo и вот теперь уже другой поток может добавлять в memo свои данные. Поменьше слов - побольше сурсов:

unit unit1;

interface

uses
windows, messages, sysutils, variants, classes, graphics, controls, forms, dialogs, stdctrls;

type
tform1 = class(tform)
memo1: tmemo;
button1: tbutton;
procedure button1click(sender: tobject);
private
{ private declarations }
public
{ public declarations }
end;

tnew = class(tthread)
private
s: string;
procedure addstr;
protected
procedure execute; override;
end;

var
form1: tform1;
new1, new2: tnew;

implementation

{$r *.dfm}

procedure tform1.button1click(sender: tobject);
begin
new1 := tnew.create(true);
new1.freeonterminate := true;
new1.s := '1 thread';
new1.priority := tplowest;
new2 := tnew.create(true);
new2.freeonterminate := true;
new2.s := '2 thread';
new2.priority := tptimecritical;
new1.resume;
new2.resume;
end;

{ tnew }
procedure tnew.addstr;
begin
form1.memo1.lines.add(s);
sleep(2);
form1.memo1.lines.add(s);
sleep(2);
form1.memo1.lines.add(s);
sleep(2);
form1.memo1.lines.add(s);
sleep(2);
form1.memo1.lines.add(s);
end;

procedure tnew.execute;
begin
synchronize(addstr); // Вызов метода с синхронизацией
//addstr; // Вызов метода без синхронизации
end;

end.

Другие способы синхронизации. Модуль syncobjs

В модуле syncobjs находятся классы синхронизации, которые являются оберткой вызовов api-функций . Всего в этом модуле объявлено пять классов. tcriticalsection, tevent, а так же и более простая реализация класса tevent - tsimpleevent и используются для синхронизации потоков, остальные классы можно и не рассматривать. Вот иерархия классов в этом модуле:

Критические секции tcriticalsection

Наиболее простым в понимании является tcriticalsection или критическая секция. Код, расположенный в критической секции, может выполняться только одним потоком. В принципе код ни как не выделяется, а происходит обращение к коду через критическую секцию. В начале кода находится функция входа в секцию, а по завершению его выход из секции. Если секция занята другим потоком, то потоки ждут, пока критическая секция не освободится.

В начале работы критическую секцию необходимо создать:

var
section: tcriticalsection; // глобальная переменная
begin
section.create;
end;

Допустим, имеется функция, в которой происходит добавление элементов в глобальный массив:

function addelem(i: integer);
var
n: integer;
begin
n := length(mas);
setlength(mas,n + 1);
mas[n + 1] := i;
end;

Допустим, эту функцию вызывают несколько потоков, поэтому, чтобы не было конфликта по данным можно использовать критическую секцию следующим образом:

function addelem(i: integer);
var
n: integer;
begin
section.enter;
n := length(mas);
setlength(mas,n + 1);
mas[n + 1] := i;
section.leave;
end;

Уточню, что критических секций может быть несколько. Поэтому при использовании нескольких функций, в которых могут быть конфликты по данным надо для каждой функции создавать свою критическую секцию. После окончания их использования, когда функции больше не будут вызываться, секции необходимо уничтожить.

section.free;

Как Вы поняли, очень надеюсь, что вход и выход из критической секции не обязательно должен находиться в одной функции. Вход обозначает, только то, что другой поток встретив вход и обнаружив его занятость, будет приостановлен. А выход просто освобождает вход. Совсем просто, критическую секцию можно представит как узкую трубу на один поток, как только поток подходит к трубе, он заглядывает в нее и если видит, что через трубу уже кто-то лезет, будет ждать, пока другой не вылезет.

А вот и пример, в котором происходит добавление элемента в динамический массив. Функция sleep добавляет задержку в цикл, что позволяет наглядно увидеть конфликт по данным, если Вы, конечно, уберете вход и выход из критической секции в коде.

unit unit1;

interface

uses
windows, messages, sysutils, variants, classes, graphics, controls, forms, dialogs, stdctrls, syncobjs;

type
tform1 = class(tform)
button1: tbutton;
memo1: tmemo;
procedure formcreate(sender: tobject);
procedure formdestroy(sender: tobject);
procedure button1click(sender: tobject);
private
{ private declarations }
public
{ public declarations }
end;

tnew = class(tthread)
protected
procedure execute; override;
end;

var
form1: tform1;
cs: tcriticalsection;
new1, new2: tnew;
mas: array of integer;

implementation

{$r *.dfm}

procedure tform1.formcreate(sender: tobject);
begin
setlength(mas,1);
mas[0] := 6;
// Создаем критическую секцию
cs := tcriticalsection.create;
end;

procedure tform1.formdestroy(sender: tobject);
begin
// Удаляем критическую секцию
cs.free;
end;

{ tnew }
procedure tnew.execute;
var
i: integer;
n: integer;
begin
for i := 1 to 10 do
begin
// Вход в критическую секцию
cs.enter;
// Код, выполнение которого параллельно запрещено
n := length(mas);
form1.memo1.lines.add(inttostr(mas[n-1]));
sleep(5);
setlength(mas,n+1);
mas[n] := mas[n-1]+1;
// Выход из критической секции
cs.leave;
end;
end;

procedure tform1.button1click(sender: tobject);
begin
new1 := tnew.create(true);
new1.freeonterminate := true;
new1.priority := tpidle;
new2 := tnew.create(true);
new2.freeonterminate := true;
new2.priority := tptimecritical;
new1.resume;
new2.resume;
end;

end.

Немного wait-функциях

Для начала не много о wait-функциях. Это функции, которые приостанавливают выполнение потока. Частным случаем wait-функции является sleep, в качестве аргумента передается количество миллисекунд, на которое требуется заморозить или приостановит поток.

Тонкий момент. Если вызвать sleep(0), то поток, откажется от своего такта - процессорного времени и тут же встанет в очередь с готовностью на выполнение.

Полной wait-функции в качестве параметров передается дескрипторы потока(ов). Я не буду останавливаться на них сейчас подробно. В принципе, wait-функции инкапсулируют некоторые классы синхронизации в явном виде, остальные в не явном виде.

События tevent

События tevent могут использоваться не только в многопоточном приложении, но и в однопоточном в качестве координации между секциями кода и при передачи данных их одного приложения в другое. В многопоточных приложениях использование tevent кажется более разумным и понятнее.

Все происходит следующим образом. Если событие установлено, то работать дальше можно, если событие сброшено, то все остальные потоки ждут. Различие между событиями и критическими секциями в то, что события проверяются в коде самого потока и используется wait-функция в явном виде. Если в критической секции wait-функция выполнялась автоматически, то при использовании событий необходимо вызывать ее для заморозки потока.

События бывают с автосбросом и без автосброса. С автосбросом значит, что сразу после возврата из wait-функции событие сбрасывается. При использовании событий без автосброса необходимо самим сбрасывать их.

Событием без автосброса удобно делать паузу в каком-то определенном участке кода потока. Просто сделать паузу в потоке, когда не имеет значения, где произойдет заморозка можно использовать метод tthread.suspend. События с автосбросом можно использовать, так же как и критические секции.

Для начала событие необходимо создать и желательно до того как будут созданы потоки их использующие, хотя точнее до вызова wait-функции.

create(eventattributes: psecurityattributes; manualreset, initialstate: boolean; const name: string);

eventattributes - берем nil.
manualreset - автосброс - false, без автосброса - true.
initialstate - начальное состояние true - установленное, false - сброшенное.
const name - имя события, ставим пустое. Событие с именем нужно при обмене данных между процессами.

var
event: tevent;
new1, new2: tnew; // потоки

begin
event := tevent.create(nil, false, false, '');
end;
procedure tnew.execute;
var
n: integer;
begin
event.waitfor(infinite);
n := length(mas);
setlength(mas,n + 1);
mas[n + 1] := i;
event.setevent;
end;

Все теперь ошибки не будет.

Более простым в использовании является класс tsimpleevent, который является наследником tevent и отличается от него только тем, что его конструктор вызывает конструктор предка сразу с установленными параметрами:

create(nil, true, false, '');

Фактически, tsimpleevent есть событие без автосброса, со сброшенным состоянием и без имени.

Следующий пример показывает, как приостановить выполнение потока в определенном месте. В данном примере на форме находятся три progressbar, поток заполняет progressbar. При желании можно приостановить и возобновить заполнение progressbar. Как Вы поняли мы будем создавать событие без автосброса. Хотя тут уместнее использовать tsimpleevent, мы использовали tevent, т.к. освоив работу с tevent будет просто перейти на tsimpleevent.

unit unit1;

interface

uses
windows, messages, sysutils, variants, classes, graphics, controls, forms, dialogs, stdctrls, syncobjs, comctrls;

type
tform1 = class(tform)
button1: tbutton;
progressbar1: tprogressbar;
progressbar2: tprogressbar;
progressbar3: tprogressbar;
button2: tbutton;
procedure formcreate(sender: tobject);
procedure formdestroy(sender: tobject);
procedure button1click(sender: tobject);
procedure button2click(sender: tobject);
private
{ private declarations }
public
{ public declarations }
end;

tnew = class(tthread)
protected
procedure execute; override;
end;

var
form1: tform1;
new: tnew;
event: tevent;

implementation

{$r *.dfm}

procedure tform1.formcreate(sender: tobject);
begin
// Создаем событие до того как будем его использовать
event := tevent.create(nil,true,true,'');
// Запускаем поток
new := tnew.create(true);
new.freeonterminate := true;
new.priority := tplowest;
new.resume;
end;

procedure tform1.formdestroy(sender: tobject);
begin
// Удаляем событие
event.free;
end;

{ tnew }
procedure tnew.execute;
var
n: integer;
begin
n := 0;
while true do
begin
// wait-функция
event.waitfor(infinite);
if n > 99 then
n := 0;
// Одновременно приращиваем
form1.progressbar1.position := n;
form1.progressbar2.position := n;
form1.progressbar3.position := n;
// задержка для видимости
sleep(100);
inc(n)
end;
end;

procedure tform1.button1click(sender: tobject);
begin
// Устанавливаем событие
// wait-функция будет фозвращать управление сразу
event.setevent;
end;

procedure tform1.button2click(sender: tobject);
begin
// wait-функция блокирует выполнение кода потока
event.resetevent;
end;

end.

Примером использования события с автосбросом может служить работа двух потоков, причем они работают следующим образом. Один поток готовит данные, а другой поток, после того как данные будут готовы, ну, например, отсылает их на сервер или еще куда. Получается нечто вроде поочередной работы.

unit unit1;

interface

uses
windows, messages, sysutils, variants, classes, graphics, controls, forms, dialogs, stdctrls, syncobjs, comctrls;

type
tform1 = class(tform)
label1: tlabel;
procedure formcreate(sender: tobject);
procedure formdestroy(sender: tobject);
private
{ private declarations }
public
{ public declarations }
end;

tproc = class(tthread)
protected
procedure execute; override;
end;

tsend = class(tthread)
protected
procedure execute; override;
end;

var
form1: tform1;
proc: tproc;
send: tsend;
event: tevent;

implementation

{$r *.dfm}

procedure tform1.formcreate(sender: tobject);
begin
// Создаем событие до того как будем его использовать
event := tevent.create(nil,false,true,'');
// Запускаем потоки
proc := tproc.create(true);
proc.freeonterminate := true;
proc.priority := tplowest;
proc.resume;
send := tsend.create(true);
send.freeonterminate := true;
send.priority := tplowest;
send.resume;
end;

procedure tform1.formdestroy(sender: tobject);
begin
// Удаляем событие
event.free;
end;

{ tnew }
procedure tproc.execute;
begin
while true do
begin
// wait-функция
event.waitfor(infinite);
form1.label1.caption := 'proccessing...';
sleep(2000);
// Подготовка данных
//...
// разрешаем работать другому потоку
event.setevent;
end;
end;

{ tsend }
procedure tsend.execute;
begin
while true do
begin
// wait-функция
event.waitfor(infinite);
form1.label1.caption := 'sending...';
sleep(2000);
// Отсылка данных
//...
// разрешаем работать другому потоку
event.setevent;
end;
end;

end.

Вот и все объекты синхронизации модуля syncobjs, которых в принципе хватит для решения различных задач. В windows существуют другие объекты синхронизации, которые тоже можно использовать в delphi, но уже на уровне api. Это мьютексы - mutex, семафоры - semaphore и ожидаемые таймеры.

Ссылки по теме


 Распечатать »
 Правила публикации »
  Обсудить материал в конференции Embarcadero »
Написать редактору 
 Рекомендовать » Дата публикации: 18.07.2007 
 

Магазин программного обеспечения   WWW.ITSHOP.RU
Enterprise Connectors (1 Year term)
CorelDRAW Graphics Suite SU 365-Day Subscription
ESET Secure Authentication newsale for 5 user, лицензия на 1 год
ESET NOD32 Smart Security - продление лицензии на 1 год на 3ПК, Ключ
go1984 Enterprise
 
Другие предложения...
 
Курсы обучения   WWW.ITSHOP.RU
 
Другие предложения...
 
Магазин сертификационных экзаменов   WWW.ITSHOP.RU
 
Другие предложения...
 
3D Принтеры | 3D Печать   WWW.ITSHOP.RU
 
Другие предложения...
 
Новости по теме
 
Рассылки Subscribe.ru
Информационные технологии: CASE, RAD, ERP, OLAP
Новости ITShop.ru - ПО, книги, документация, курсы обучения
Программирование на Microsoft Access
CASE-технологии
СУБД Oracle "с нуля"
Краткие описания программ и ссылки на них
3D и виртуальная реальность. Все о Macromedia Flash MX.
 
Статьи по теме
 
Новинки каталога Download
 
Исходники
 
Документация
 
Обсуждения в форумах
Разработка устройств на микроконтроллерах (33)
Профессиональный программист. Основная специализация: МИКРОКОНТРОЛЛЕРЫ, АССЕМБЛЕР для любых...
 
Написание программ для микроконтроллеров AVR, PIC, ARM, STM32 (17)
Напишу любую программу на любом искусственном языке. Профессиональный программист. Основная...
 
Ищу программиста для написания программы (47)
Ищу программиста ,владеющего Вижуал Бэйсик и программированием в Экселе, для написания...
 
Ищем команду Java-разработчиков (5)
АО Тандер (сеть магазинов Магнит, крупнейший частный работодатель РФ) ищет команду...
 
Работа в интернете.. (3)
Может тут кто имеет опыт работы в сети? И подскажет мне что нить?
 
 
 



    
rambler's top100 Rambler's Top100