delphi之多线程编程(二)

四、多线程同步之 Mutex (互斥对象)
原理分析:
互斥对象是系统内核对象, 各线程都可以拥有它, 谁拥有谁就能执行;
执行完毕, 用 ReleaseMutex 函数释放拥有权, 以让其他等待的线程使用.
其他线程可用 WaitForSingleObject 函数排队等候(等候也可以理解为排队申请).

使用过程:

 
var hMutex: THandle; {应该先声明一个全局的互斥句柄} 
CreateMutex          {建立一个互斥对象} 
WaitForSingleObject  {用等待函数排队等候} 
ReleaseMutex         {释放拥有权} 
CloseHandle          {最后释放互斥对象} 
 
 
ReleaseMutex、CloseHandle 的参数都是 CreateMutex 返回的句柄, 关键是 CreateMutex 函数: 
 
function CreateMutex( 
  lpMutexAttributes: PSecurityAttributes; 
  bInitialOwner: BOOL; {是否让创建者(此例中是主线程)拥有该互斥对象} 
  lpName: PWideChar    {可以给此互斥对象取个名字, 如果不要名字可赋值为 nil} 
): THandle; 
{ 
1、第一个参数前面说过. 
2、第二个参数在这里一定要是 False, 如果让主线程拥有互斥, 从理论上讲, 得等程序退出后其他线程才有机会; 
   取值 False 时, 第一个执行的线程将会最先拥有互斥对象, 一旦拥有其他线程就得先等等. 
3、第三个参数, 如果给个名字, 函数将从系统中寻找是否有重名的互斥对象, 如果有则返回同名对象的存在的句柄; 
   如果赋值为 nil 将直接创建一个新的互斥对象; 下个例子将会有名字. }

本例效果图:

 
unit Unit1; 
 
interface 
 
uses 
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, 
  Dialogs, StdCtrls; 
 
type 
  TForm1 = class(TForm) 
    Button1: TButton; 
    procedure Button1Click(Sender: TObject); 
    procedure FormCreate(Sender: TObject); 
    procedure FormDestroy(Sender: TObject); 
  end; 
 
var 
  Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var 
  f: Integer;      {用这个变量协调一下各线程输出的位置} 
  hMutex: THandle; {互斥对象的句柄} 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall; 
var 
  i,y: Integer; 
begin 
  Inc(f); 
  y := 20 * f; 
  for i := 0 to 50000 do 
  begin 
    if WaitForSingleObject(hMutex, INFINITE) = WAIT_OBJECT_0 then 
    begin 
      Form1.Canvas.Lock; 
      Form1.Canvas.TextOut(20, y, IntToStr(i)); 
      Form1.Canvas.Unlock; 
      Sleep(0); {稍稍耽搁一点, 不然有时 Canvas 会协调不过来} 
      ReleaseMutex(hMutex); 
    end; 
  end; 
  Result := 0; 
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject); 
var 
  ThreadID: DWORD; 
begin 
  Repaint; 
  f := 0; 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
end; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); 
begin 
  hMutex := CreateMutex(nil, False, nil); 
end; 
 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject); 
begin 
  CloseHandle(hMutex); 
end; 
 
end.

SyncObjs 单元下有封装好的 TMutex 类, 好像不如 Api 快, 内部机制也稍有区别, 但使用方法差不多:

 
unit Unit1; 
 
interface 
 
uses 
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, 
  Dialogs, StdCtrls; 
 
type 
  TForm1 = class(TForm) 
    Button1: TButton; 
    procedure Button1Click(Sender: TObject); 
    procedure FormCreate(Sender: TObject); 
    procedure FormDestroy(Sender: TObject); 
  end; 
 
var 
  Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
uses SyncObjs; 
var 
  f: Integer; 
  MyMutex: TMutex; 
 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall; 
var 
  i,y: Integer; 
begin 
  Inc(f); 
  y := 20 * f; 
  for i := 0 to 50000 do 
  begin 
    if MyMutex.WaitFor(INFINITE) = wrSignaled then 
    begin 
      Form1.Canvas.Lock; 
      Form1.Canvas.TextOut(20, y, IntToStr(i)); 
      Form1.Canvas.Unlock; 
      MyMutex.Release; 
    end; 
  end; 
  Result := 0; 
end; 
 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject); 
var 
  ThreadID: DWORD; 
begin 
  Repaint; 
  f := 0; 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
end; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); 
begin 
  MyMutex := TMutex.Create(False); 
end; 
 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject); 
begin 
  MyMutex.Free; 
end; 
 
end.

Mutex 作为系统核心对象是可以跨进程的(临界区就不行), 我们可以利用互斥对象禁止程序重复启动.

工作思路:
先用 OpenMutex 尝试打开一个自定义名称的 Mutex 对象, 如果打开失败说明之前没有这个对象存在;
如果之前没有这个对象, 马上用 CreateMutex 建立一个, 此时的程序应该是第一次启动;
再重复启动时, 那个 OpenMutex 就有结果了, 然后强制退出.
最后在程序结束时用 CloseHandle 释放 Mutex 对象.

 
function OpenMutex( 
  dwDesiredAccess: DWORD; {打开权限} 
  bInheritHandle: BOOL;   {能否被当前程序创建的进程继承} 
  pName: PWideChar        {Mutex 对象的名称} 
): THandle; stdcall;      {成功返回 Mutex 的句柄; 失败返回 0}

注意, 这里的 CreateMutex 函数应该有个名了, 因为 OpenMutex 要用到;
另外, CreateMutex 的第二个参数已经不重要了(也就是 True 和 False 都行), 因为这里是用其名称来判断的.

程序可以这样写:

 
unit Unit1; 
 
interface 
 
uses 
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, 
  Dialogs; 
 
type 
  TForm1 = class(TForm) 
    procedure FormCreate(Sender: TObject); 
    procedure FormDestroy(Sender: TObject); 
  end; 
 
var 
  Form1: TForm1; 
 
implementation 
 
{$R *.dfm} 
 
var 
  hMutex: THandle; 
const 
  NameMutex = \'MyMutex\'; 
 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); 
begin 
  if OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, False, NameMutex) <> 0 then 
  begin 
    ShowMessage(\'该程序已启动\'); 
    Application.Terminate; 
  end; 
  hMutex := CreateMutex(nil, False, NameMutex); 
end; 
 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject); 
begin 
  CloseHandle(hMutex); 
end; 
 
end.

这一般都是写在 dpr 主程序里, 省得让后启动的程序执行些无用的代码:

 
program Project1; 
 
uses 
  Forms, Windows, 
  Unit1 in \'Unit1.pas\' {Form1}; 
 
{$R *.res} 
 
var 
  hMutex: THandle; 
const 
  NameMutex = \'MyMutex\'; 
 
begin 
  {主线程入口} 
  if OpenMutex(MUTEX_ALL_ACCESS, False, NameMutex) <> 0 then 
  begin 
    MessageBox(0, \'该程序已启动\', \'提示\', MB_OK); 
    Application.Terminate; 
  end; 
  hMutex := CreateMutex(nil, False, NameMutex); 
 
  Application.Initialize; 
  Application.MainFormOnTaskbar := True; 
  Application.CreateForm(TForm1, Form1); 
  Application.Run; 
 
  CloseHandle(hMutex); 
  {主线程出口} 
end.

五、多线程同步之 Semaphore (信号对象)
之前已经有了两种多线程的同步方法:
CriticalSection(临界区) 和 Mutex(互斥), 这两种同步方法差不多, 只是作用域不同;
CriticalSection(临界区) 类似于只有一个蹲位的公共厕所, 只能一个个地进;
Mutex(互斥) 对象类似于接力赛中的接力棒, 某一时刻只能一个人持有, 谁拿着谁跑.

什么是 Semaphore(信号或叫信号量)呢?
譬如到银行办业务、或者到车站买票, 原来只有一个服务员, 不管有多少人排队等候, 业务只能一个个地来.
假如增加了业务窗口, 可以同时受理几个业务呢?
这就类似与 Semaphore 对象, Semaphore 可以同时处理等待函数(如: WaitForSingleObject)申请的几个线程.

Semaphore 的工作思路如下:
1、首先要通过 CreateSemaphore(安全设置, 初始信号数, 信号总数, 信号名称) 建立信号对象;
参数四: 和 Mutex 一样, 它可以有个名称, 也可以没有, 本例就没有要名称(nil); 有名称的一般用于跨进程.
参数三: 信号总数, 是 Semaphore 最大处理能力, 就像银行一共有多少个业务窗口一样;
参数二: 初始信号数, 这就像银行的业务窗口很多, 但打开了几个可不一定, 如果没打开和没有一样;
参数一: 安全设置和前面一样, 使用默认(nil)即可.

2、要接受 Semaphore 服务(或叫协调)的线程, 同样需要用等待函数(如: WaitForSingleObject)排队等候;

3、当一个线程使用完一个信号, 应该用 ReleaseSemaphore(信号句柄, 1, nil) 让出可用信号给其他线程;
参数三: 一般是 nil, 如果给个数字指针, 可以接受到此时(之前)总共闲置多少个信号;
参数二: 一般是 1, 表示增加一个可用信号;
如果要增加 CreateSemaphore 时的初始信号, 也可以通过 ReleaseSemaphore.

4、最后, 作为系统内核对象, 要用 CloseHandle 关闭.

另外, 在 Semaphore 的总数是 1 的情况下, 就和 Mutex(互斥) 一样了.

在本例中, 每点击按钮, 将建立一个信号总数为 5 的信号对象, 初始信号来自 Edit1; 同时有 5 个线程去排队.
本例也附上了 Delphi 中 TSemaphore 类的例子, 但没有过多地纠缠于细节, 是为了尽快理出多线程的整体思路.
本例效果图:

unit Unit1; 
interface 
uses 
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, 
  Dialogs, StdCtrls; 
type 
  TForm1 = class(TForm) 
    Button1: TButton; 
    Edit1: TEdit; 
    procedure Button1Click(Sender: TObject); 
    procedure FormCreate(Sender: TObject); 
    procedure FormDestroy(Sender: TObject); 
  end; 
var 
  Form1: TForm1; 
implementation 
{$R *.dfm} 
var 
  f: Integer;          {用这个变量协调一下各线程输出的位置} 
  hSemaphore: THandle; {信号对象的句柄} 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall; 
var 
  i,y: Integer; 
begin 
  Inc(f); 
  y := 20 * f; 
  if WaitForSingleObject(hSemaphore, INFINITE) = WAIT_OBJECT_0 then 
  begin 
    for i := 0 to 100 do 
    begin 
      Form1.Canvas.Lock; 
      Form1.Canvas.TextOut(20, y, IntToStr(i)); 
      Form1.Canvas.Unlock; 
      Sleep(1); {以免 Canvas 忙不过来} 
    end; 
  end; 
  ReleaseSemaphore(hSemaphore, 1, nil); 
  Result := 0; 
end; 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject); 
var 
  ThreadID: DWORD; 
begin 
  {不知是不是之前创建过 Semaphore 对象, 假如有先关闭} 
  CloseHandle(hSemaphore); 
  {创建 Semaphore 对象} 
  hSemaphore := CreateSemaphore(nil, StrToInt(Edit1.Text), 5, nil); 
  Self.Repaint; 
  f := 0; 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
end; 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); 
begin 
  Edit1.Text := \'1\'; 
end; 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject); 
begin 
  CloseHandle(hSemaphore); 
end; 
end.

再用 SyncObjs 单元下的 TSemaphore 类实现一次, 使用方法差不多, 运行效果也一样:

unit Unit1; 
interface 
uses 
  Windows, Messages, SysUtils, Variants, Classes, Graphics, Controls, Forms, 
  Dialogs, StdCtrls; 
type 
  TForm1 = class(TForm) 
    Button1: TButton; 
    Edit1: TEdit; 
    procedure Button1Click(Sender: TObject); 
    procedure FormCreate(Sender: TObject); 
    procedure FormDestroy(Sender: TObject); 
    procedure Edit1KeyPress(Sender: TObject; var Key: Char); 
  end; 
var 
  Form1: TForm1; 
implementation 
{$R *.dfm} 
uses SyncObjs; 
var 
  f: Integer; 
  MySemaphore: TSemaphore; 
function MyThreadFun(p: Pointer): DWORD; stdcall; 
var 
  i,y: Integer; 
begin 
  Inc(f); 
  y := 20 * f; 
  if MySemaphore.WaitFor(INFINITE) = wrSignaled then 
  begin 
    for i := 0 to 1000 do 
    begin 
      Form1.Canvas.Lock; 
      Form1.Canvas.TextOut(20, y, IntToStr(i)); 
      Form1.Canvas.Unlock; 
      Sleep(1); 
    end; 
  end; 
  MySemaphore.Release; 
  Result := 0; 
end; 
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject); 
var 
  ThreadID: DWORD; 
begin 
  if Assigned(MySemaphore) then MySemaphore.Free; 
  MySemaphore := TSemaphore.Create(nil, StrToInt(Edit1.Text), 5, \'\'); 
  Self.Repaint; 
  f := 0; 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
  CreateThread(nil, 0, @MyThreadFun, nil, 0, ThreadID); 
end; 
procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject); 
begin 
  Edit1.Text := \'1\'; 
end; 
procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject); 
begin 
  if Assigned(MySemaphore) then MySemaphore.Free; 
end; 
end.

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