執行緒間的通訊

1．執行緒之間的通訊簡介

一般而言,在一個應用程式中（即程序），一個執行緒往往不是孤立存在的，常常需要和其它執行緒通訊，以執行特定的任務。如主執行緒和次執行緒，次執行緒與次執行緒，工作執行緒和使用者介面執行緒等。這樣,執行緒與執行緒間必定有一個資訊傳遞的渠道。這種執行緒間的通訊不但是難以避免的，而且在多執行緒程式設計中也是複雜和頻繁的。執行緒間的通訊涉及到4個問題：

（1） 執行緒間如何傳遞資訊

（2）  執行緒之間如何同步，以使一個執行緒的活動不會破壞另一個執行緒的活動，以保證計算結果的正確合理

（3）  當執行緒間具有依賴關係時，如何排程多個執行緒的處理順序

（4）  如何避免死鎖問題

在windows系統中執行緒間的通訊一般採用四種方式：全域性變數方式、訊息傳遞方式、引數傳遞方式和執行緒同步法。下面分別作介紹。

2．全域性變數方式

由於屬於同一個程序的各個執行緒共享作業系統分配該程序的資源，故解決執行緒間通訊最簡單的一種方法是使用全域性變數。對於標準型別的全域性變數，我們建議使用volatile 修飾符，它告訴編譯器無需對該變數作任何的優化，即無需將它放到一個暫存器中，並且該值可被外部改變。

例項演示

該例項採用全域性變數來控制時間顯示執行緒的顯示格式，比較簡單。

主要的程式碼如下：

.h標頭檔案

//執行緒函式宣告

DWORD WINAPIThreadProc

(LPVOIDlpParam);

protected:

HANDLE m_hThread;//執行緒控制代碼

      DWORD  m_nThread;//執行緒ID

.cpp實現檔案

volatileBYTE m_nShowFlag = 31;//定義全域性變數，用於控制顯示時間的格式。volatile 修飾符的作用是告訴編譯器無需對該變數作任何的優化，即無需將它放到一個暫存器中。

//建立顯示時間的執行緒,引數無

 m_hThread =CreateThread(NULL,0,ThreadProc,NULL,0,&m_nThread);

//執行緒執行函式，用於實時顯示時間，並按規定格式顯示

DWORD WINAPIThreadProc(LPVOID lpParam)

{

      while(m_nShowFlag) 

      {

           CTime time; 

           CString strTime,strFormat; 

           time=CTime::GetCurrentTime();

           strFormat = "%H:%M";

           if (m_nShowFlag&2)

           {//日期

                 strFormat = "%Y-%m-%d" + strFormat;

           }

           if (m_nShowFlag&4)

           {//秒鐘

                 strFormat += ":%S";

           }

           if (m_nShowFlag&8)

           {//週數

                 strFormat += "%W";

           }

           if (m_nShowFlag&16)

           {//星期

                 strFormat += "%a";

           }

      strTime=time.Format(strFormat); 

      ::SetDlgItemText(AfxGetApp()->m_pMainWnd->m_hWnd,IDC_STATIC_TIME,strTime); 

      Sleep(100); 

      } 

      return 0;

}

執行效果：

工程原始碼下載地址：

歡迎大家修改和指正。

注意事項：

（1）  全域性變數最好放在.CPP檔案的起始處，而不要放在.h標頭檔案中，否則將出現重複連結的編譯錯誤。定義全域性變數時最好顯式初始化，預設初始值為零。

（2）  注意語句

::SetDlgItemText(AfxGetMainWnd()->m_hWndIDC_STATIC_TIME,strTime);在VC6.0中可以通過，但在VC2008卻出錯，這是因為在VC2008中不支援AfxGetMainWnd()->m_hWnd來獲取HWND，但可以採AfxGetApp()->m_pMainWnd->m_hWnd來獲取。所以上面的語句更改為：

::SetDlgItemText(AfxGetApp()->m_pMainWnd->m_hWnd,IDC_STATIC_TIME,strTime); 

（3）  用全域性變數方式來實現多執行緒的通訊比較簡單實用，單注意最好不要多個執行緒對它進行修改，否則將可能出錯，這將在後面會具體講解。

3．引數傳遞方式

該方式是執行緒通訊的官方標準方法，多數情況下，主執行緒建立子執行緒並讓其子執行緒為其完成特定的任務，主執行緒在建立子執行緒時，可以通過傳給執行緒函式的引數和其通訊，三類建立執行緒的函式都支援引數的傳遞（哪三類？看前面的介紹吧!）。所傳遞的引數是一個32位的指標，該指標不但可以指向簡單的資料，而且可以指向結構體或類等複雜的抽象資料型別。

例項演示

下面將分別簡單演示三類建立執行緒時提供引數傳遞的方法。

主要的程式碼如下：

.h標頭檔案

//執行緒函式宣告

DWORD WINAPI ThreadFunc1(LPVOID lpParam);//執行緒函式

void  ThreadFunc2(void *pArg);           //執行緒函式

UINT  ThreadFunc3(LPVOID lpParam);//執行緒函式

//全域性函式

POINT GetRandPoint();//得到隨機點的座標

//結構體定義，用於向執行緒傳遞多個引數

struct threadInfo

{

      HWND        hWnd;//主視窗控制代碼

      COLORREF    clrPen;//畫筆顏色

};

.cpp實現檔案

//開始建立執行緒：建立個執行緒

void CMultThreadComm2Dlg::OnStart(void)

{

      //執行緒：使用win32 API 建立：實時顯示時間

      m_hThread1 = CreateThread(NULL,0,ThreadFunc1,&m_stTime.m_hWnd,0,NULL);//

      //執行緒：使用CRT 建立：隨機畫線

      m_info.hWnd = m_hWnd;

      m_info.clrPen =RGB(255,0,0);

      _beginthread(ThreadFunc2,0,&m_info);

      //執行緒：使用MFC執行緒函式建立：顯示進度

      m_pThread = AfxBeginThread(ThreadFunc3,&m_ctrlProgress);

}

//停止/開始

void CMultThreadComm2Dlg::OnBnClickedButton1()

{

      // TODO: 在此新增控制元件通知處理程式程式碼

      CString szTitle;

      GetDlgItemText(IDC_BUTTON1,szTitle);

      if (szTitle == "停止")

      {//停止

           g_bRun = false;

           SetDlgItemText(IDC_BUTTON1,"開始");

      }

      else

      {//開始

           g_bRun = true;

           OnStart();

           SetDlgItemText(IDC_BUTTON1,"停止");

      }

}

//執行緒執行函式:實時顯示當前的時間

DWORD WINAPI ThreadFunc1(LPVOID lpParam)

{

      HWND *hWnd = (HWND*)lpParam;

    //CWnd *pWnd = AfxGetApp()->m_pMainWnd;//當沒有傳遞引數時，可以用該api實現

      CWnd *pWnd = CWnd::FromHandle(*hWnd);

      char tmpbuf[128] ={'0'};

      time_t t;

      while(g_bRun)

      {

           t = time(NULL);

       strftime(tmpbuf,128,"%Y-%m-%d%a %I:%M:%S %p",localtime(&t));

          pWnd->SetWindowText(tmpbuf);

          Sleep(500); 

      }

      return 0;

}

//執行緒執行函式:隨機畫線

void ThreadFunc2(void *pArg)

{

      threadInfo *threadinfo= (threadInfo*)pArg;

      CWnd *pWnd = CWnd::FromHandle(threadinfo->hWnd);

      CDC *pDC = pWnd->GetDC();

      CPen pen(PS_SOLID,2,threadinfo->clrPen);

      pDC->SelectObject(&pen);

      pDC->SetROP2(R2_NOTXORPEN);

      while(g_bRun)

      {

           POINT StartPos= GetRandPoint();

           POINT EndPos = GetRandPoint();

           //

           CString str;

      str.Format("%d,%d : %d,%d\n",StartPos.x,StartPos.y,EndPos.x,EndPos.y);

           TRACE(str);

           pDC->MoveTo(StartPos);

           pDC->LineTo(EndPos);

           Sleep(100);

           pDC->MoveTo(StartPos);

           pDC->LineTo(EndPos);

           Sleep(100);

      }

      DeleteObject(pDC);

}

//執行緒執行函式:顯示進度

UINT ThreadFunc3(LPVOIDlpParam)

{

      CProgressCtrl *pProgress= (CProgressCtrl*)lpParam;

      while(g_bRun)

      {

           pProgress->StepIt();

           Sleep(500); 

      }

      return 0;

}

//得到隨機點

POINT GetRandPoint()

{

      POINT Point;

      Point.x = rand()%439;

      Point.y = rand()%208;

    return Point;

}

執行效果：

工程原始碼下載地址：

歡迎大家修改和指正。

注意事項：

（1）   注意三類執行緒的建立方法和各自的執行緒函式的格式（返回型別各不一樣）。

（2）   注意三類引數的傳遞：單個引數、多引數（結構體），複雜引數（類）。

（3）   採用引數傳遞方式進行執行緒間的通訊只適用於主執行緒向從執行緒的通訊。

（4）   不知道大家看出該程式的一個BUG沒有（大家可以下載工程原始碼，編譯並執行，可以很明顯的發現。），就是執行緒二的隨機畫線執行緒，原意是隨機畫線並清除，但執行發現第一次畫線時總是沒有被清除掉，為什麼？望大家動腦，知道的可以留言，大家一起學習和討論！

4．訊息傳遞方式

在Windows程式設計中，應用程式的每一個執行緒都擁有自己的訊息佇列，甚至工作執行緒也不例外，這樣一來，就使得執行緒之間利用訊息來傳遞資訊就變的非常簡單。我們可以在一個執行緒的執行函式中向另一個執行緒傳送自定義的訊息來達到通訊的目的。一個執行緒向另外一個執行緒傳送訊息是通過作業系統實現的。利用Windows作業系統的訊息驅動機制，當一個執行緒發出一條訊息時，作業系統首先接收到該訊息，然後把該訊息轉發給目標執行緒，接收訊息的執行緒必須已經建立了訊息迴圈。該方式可以實現任意執行緒間的通訊，所以是比較常見和通用的方式。

系統也提供了執行緒間傳送訊息的專用函式：PostThreadMessage()。使用者先定義一個使用者訊息，在一個執行緒呼叫PostThreadMessage()函式，在訊息接收執行緒響應該訊息，大體和常用的小子響應處理差不多。只是訊息對映為ON_THREAD_MESSAGE而不是ON_MESSAGE

如果執行緒有窗體，還可以使用通用的訊息傳送函式PostMessage()和SendMessage()這兩個函式。注意這兩則的區別，PostMessage()是非同步函式，呼叫後函式立即返回，而SendMessage()是同步函式，要等相應的訊息響應完成後才返回。

關於PostThreadMessage()、PostMessage()和SendMessage()函式介紹請參考MSDN，在此就不多吃一舉了。

對於PostThreadMessage()的用法：

先定義一個使用者訊息，如：

#define WM_THREADMSG  WMUSER+100

在需要傳送訊息的執行緒呼叫PostThreadMessage()函式，如：

::PostThreadMessage(idThread,WM_THREADMSG,parm1, parm2);

或者

m_pThread->PostThreadMessage(WM_THREADMSG,parm1, parm2); 

其中： idThread為訊息接受執行緒的ID，parm1, parm2為要傳遞的引數，m_pThread訊息接受執行緒指標。

在接受訊息執行緒中（或訊息處理執行緒中），先定義訊息響應函式，如：

afx_msg void OnThreadMessage(WPARAM wParam,LPARAM lParam);

然後在訊息對映表中新增該訊息的對映，如：

ON_THREAD_MESSAGE(WM_THREADMSG,OnThreadMessage)

最後，實現該訊息函式，如：

//顯示訊息處理函式

void XXXXThread::OnThreadMessage(WPARAM wParam,LPARAM lParam)

{

      ;//訊息處理

}

/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

對於PostMessage()/SendMessage()的用法：和上面的差不多，略有不同。

首先也是先定義一個使用者訊息，如：

#define WM_THREADMSG  WMUSER+100

在需要傳送訊息的執行緒呼叫PostMessage()/SendMessage()函式，如：

::PostMessage(hWnd, WM_THREADMSG, parm1, parm2);//傳送訊息

或者

PWnd->PostMessage(WM_THREADMSG, parm1, parm2);

或者

::SendMessage(hWnd, WM_THREADMSG, parm1, parm2);//傳送訊息

或者

PWnd->SendMessage(WM_THREADMSG, parm1, parm2);

其中： hWnd為接受訊息的視窗控制代碼，parm1, parm2為要傳遞的引數，pWnd訊息接受視窗指標。

在接受訊息執行緒中（或訊息處理執行緒中），先定義訊息響應函式，如：

afx_msg LRESULT OnMyMessage(WPARAM wParam,LPARAM lParam);

然後在訊息對映表中新增該訊息的對映，如：

ON_MESSAGE(WM_THREADMSG, OnMyMessage)

最後，實現該訊息函式，如：

//訊息處理函式

LRESULT XXXXWnd::OnMyMessage(WPARAM wParam,LPARAM lParam)

{

      ;//訊息處理

return 0;

}

例項演示

該例項主要時計算正整數1-N的累加，並採用單獨的執行緒來計算累積，並建立另一個使用者介面執行緒來實時顯示累加的進度，其中涉及到一些執行緒間的通訊，該例項主要採用了訊息的方式，並結合前面已經介紹的兩種通訊方式，比較具有演示和學習的價值。

主要原始碼：

主執行緒標頭檔案：

DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOIDlpParam);//執行緒函式

protected:

HANDLE m_hThread;//執行緒控制代碼

CProgressThread *m_pThread;//使用者介面執行緒控制代碼

DWORD  m_nThreadID;//執行緒ID號

主執行緒實現檔案：

//開始計算

void CMultThreadComm3Dlg::OnBnClickedButton1()

{

    // TODO: 在此新增控制元件通知處理程式程式碼

    UpdateData(TRUE);//更新資料

    g_bStop = false; //重置

    m_hThread = CreateThread(NULL,0,ThreadFunc,&m_nRange,0,NULL);//建立計算執行緒

    GetDlgItem(IDC_BUTTON1)->EnableWindow(FALSE);//防止重複計算

    SetDlgItemText(IDC_STATIC_RESULT,"計算中...");

}

//結果顯示：兩種結果：，正常，，被中途中止

LRESULT CMultThreadComm3Dlg::OnResult(WPARAMwParam,LPARAMlParam)

{

    if (wParam == 1)

    {//被中途中止

       SetDlgItemText(IDC_STATIC_RESULT,"被中止啦!");

    }

    else

    {//正常結束

       SetDlgItemInt(IDC_STATIC_RESULT,lParam);

    }

    GetDlgItem(IDC_BUTTON1)->EnableWindow(TRUE);//使能下次計算按鈕

    CloseHandle(m_hThread);//關閉執行緒控制代碼，注意一定要關閉它

    return 0;

}

//執行緒執行函式:計算

DWORD WINAPI ThreadFunc(LPVOIDlpParam)

{

    UINT *pRange =(UINT*)lpParam;//得到引數值

   long nResult= 0L;//計算結果值

    bool bStop = false;//標識是否中途被中止

    CProgressThread *m_pThread= (CProgressThread*)AfxBeginThread(RUNTIME_CLASS(CProgressThread));//建立顯示程序

    m_pThread->PostThreadMessage(WM_PROGRESS,0,*pRange);//傳遞引數，進度條的範圍

    for(int i=0;i<=*pRange;i++)//開始計算

    {

       if (g_bStop)

       {//中途取消了

           bStop = true;

           break;//退出迴圈

       }

       nResult += i;

       m_pThread->PostThreadMessage(WM_PROGRESS,1,i);//進度

       Sleep(10);//為了演示效果，特意延時

    }

    //完成

    ::PostMessage(AfxGetApp()->m_pMainWnd->m_hWnd,WM_RESULT,bStop,nResult);//顯示結果

    m_pThread->PostThreadMessage(WM_PROGRESS,2,0);//結束進度

    return 0;

}

累加執行緒標頭檔案：

CProgressDlg *m_pProgressDlg;//進度條對話方塊

unsigned int m_nRange;//進度條的範圍

累加執行緒實現檔案：

BOOL CProgressThread::InitInstance()

{

    // TODO: 在此執行任意逐執行緒初始化

    //建立非模式進度顯示對話方塊

    m_pProgressDlg = newCProgressDlg();

    m_pProgressDlg->Create(IDD_DIALOG1);

    m_pProgressDlg->ShowWindow(SW_SHOW);

    return TRUE;

}

BEGIN_MESSAGE_MAP(CProgressThread, CWinThread)

    ON_THREAD_MESSAGE(WM_PROGRESS, &CProgressThread::OnThreadMsg)

END_MESSAGE_MAP()

// CProgressThread 訊息處理程式

//執行緒訊息處理函式

void CProgressThread::OnThreadMsg(WPARAM wParam,LPARAM lParam)

{

    if (wParam == 0)

    {//初始化進度條

       m_nRange = lParam;

       m_pProgressDlg->m_ProgressCtrl.SetRange(0,lParam);

    }

    else if (wParam == 1)

    {//顯示進度

       m_pProgressDlg->m_ProgressCtrl.SetPos(lParam);//顯示進度

       CString str;

       str.Format("%d%%",int((float)lParam/m_nRange*100));

       m_pProgressDlg->m_stValue.SetWindowText(str);//顯示百分數

       str.Format("計算處理中，請稍等...    %d/%d        cbNotes",lParam,m_nRange);//顯示實時的當前操作

       m_pProgressDlg->SetWindowText(str);

    }

    else

    {//完成，退出進度條

       m_pProgressDlg->CloseDlg();//結束程序對話方塊

       AfxEndThread(0);//終止本執行緒,也可以使用PostQuitMessage(0);

    }

}

進度條對話方塊類

//系統訊息處理

void CProgressDlg::OnSysCommand(UINT nID, LPARAM lParam)

{

    // TODO: 在此新增訊息處理程式程式碼和/或呼叫預設值

    if (nID == SC_CLOSE)//關閉

    {//攔截關閉按鈕訊息

       if (AfxMessageBox("確定要【終止】本次計算嗎?",MB_YESNO|MB_APPLMODAL|MB_ICONQUESTION|MB_DEFBUTTON2)==IDYES)

       {

           g_bStop = true;//中途取消操作，結束計算執行緒。

       }

       return;

    }

    CDialog::OnSysCommand(nID, lParam);

}

//關閉視窗

void CProgressDlg::CloseDlg(void)

{

    OnCancel();

}

//過載OnCancel()：注意非模式對話方塊的退出

void CProgressDlg::OnCancel()

{

    // TODO: 在此新增專用程式碼和/或呼叫基類

   DestroyWindow();//

    //CDialog::OnCancel();

}

void CProgressDlg::PostNcDestroy()

{

    // TODO: 在此新增專用程式碼和/或呼叫基類

    CDialog::PostNcDestroy();

    delete this;

}

執行結果：

工程原始碼下載地址：

歡迎大家修改和指正。

注意事項：

（1）  注意執行緒訊息的對映方式：

ON_THREAD_MESSAGE(WM_PROGRESS, &CProgressThread::OnThreadMsg)

和一般的視窗訊息對映不同，不要搞錯了。

（2）  注意使用者介面執行緒的退出，計算完後要記得結束該執行緒，有專門的函式：

AfxEndThread(0)，也可以使用PostQuitMessage(0)。這兩種方式都是比較安全的。不推薦強制中止執行緒，否則會出現意想不到的問題。

（3）  該例項還實現了執行過程按退出按鈕時的處理方法，採用了全域性變數的

方式來控制計算執行緒的中途退出，我自認為是一種比較好的控制方式。我開始採用強制中止的方式會出現訊息延後的現象（就是在退出按鈕的處理函式裡向主執行緒傳送訊息postmessage），一直沒有找到原因，有興趣的朋友可以試試其它的退出方式供大家討論學習。

（4）  注意非模式對話方塊退出的處理方法，和模式對話方塊的退出不一樣的。

（5）用CreateThread（）函式建立執行緒將返回一個執行緒控制代碼，通過該控制代碼你可以控制和操作該執行緒，當你不用時可以一建立該執行緒後就關閉該控制代碼，有專門的函式CloseHandle()。關閉控制代碼並代表關閉執行緒，只是你不能在外部控制該執行緒（比如，提前結束，更改優先順序等）。線上程結束後，系統將自動清理執行緒資源，但並不自動關閉該控制代碼，所以執行緒結束後要記得關閉該控制代碼，你可能要問為什麼你這麼強調要關閉該控制代碼，是因為該控制代碼（HANDLE）是核心物件，核心物件的管理是作業系統管理的，具體你可以查查相關資料，我在此就不囉嗦了。

5．執行緒同步法

還可以通過執行緒同步來實現執行緒間通訊。例如有兩個執行緒，執行緒A寫入資料，執行緒B讀出執行緒A準備好的資料並進行一些操作。這種情況下，只有當執行緒A寫好資料後執行緒B才能讀出，只有執行緒B讀出資料後執行緒A才能繼續寫入資料，這兩個執行緒之間需要同步進行通訊。關於執行緒同步的方法和控制是編寫多執行緒的核心和難點，方法也比較多，在此就不具體講解和例項演示，具體內容我將在接下來的文章中一一道來，敬請繼續關注我的更新，謝謝。

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