并行计算与多核程序设计

第四章Windows多线程编程及
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在Windows平台下可以通过Windows的线程库来实现多线程编程，可以利用Win32 API或MF C以及.Net Framework提供的接口来实现。

实现方式的多样化给Windows编程带来了很大的灵活性，但也使得多线程编程变得复杂。

对于多线程的程序我们可以使用Visual Studio调试工具进行调试，也可以使用多核芯片厂家的线程分析与调试工具进行调试及优化。

Windows线程库介绍
Win32 API是Windows操作系统为内核以及应用程序之间提供的接口，将内核提供的功能进行函数封装，应用程序通过调用相关的函数获得相应的系统功能。

Win32 API提供了一系列处理线程的函数接口，来向应用程序提供多线程的功能。

MFC是微软基础函数类库(Microsoft Foundation Classes)，由微软提供的，用类库的方式将Wi n32 API 进行封装, 以类的方式提供给开发者。

在MFC类库中，提供了对多线程的支持。

由于MF C是在Win32 API 基础之上进行封装的，其基本原理与Win32 API的基本实现原理很类似。

MFC 对同步对象作了封装，因此对用户编程实现来说更加方便。

.NET Framework由两部分构成：公共语言运行库（Common Language Runtime ，CLR）和Fra mework类库（Framework Class Library ，FCL）。

CLR包括自己的文件加载器、垃圾收集器、安全系统等。

CRL提供了一个可靠而完善的多语言运行环境。

CLR是一个软件引擎，用于加载应用程序、检查错误、进行安全许可认证、执行和清空内存。

Framework类库提供了所有应用程序模型都要使用的一个面向对象的API集合。

.NET 基础类库的System.Threading命名空间提供了大量的类和接口来支持多线程。

所有与多线程机制相关的类都存放在System.Threading命名空间中。

其中Thread类用于创建及管理线程，ThreadPool类用于管理线程池等，此外还提供线程间通讯等实际问题的机制。

使用win32线程API
Win32 函数库中提供了操作多线程的函数，包括创建线程、管理线程、终止线程、线程同步等接口。

线程必须从一个指定的函数开始执行，该函数称为线程函数，具有如下原型:
DWORD WINAPI ThreadFunc (LPVOID lpvThreadParm)；
线程创建
创建线程的函数如下:
HANDLE CreateThread (
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
SIZE_T dwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
LPVOID lpParameter,
DWORD dwCreationFlags,
LPDWORD lpThreadId
);
CreateThread函数中需要传递6个参数。

下面简单介绍一下这几个参数的用法：
第一个参数lpThreadAtt，是一个指向SECURITY- ATTRIBUTES结构的指针，该结构制定了线程的安全属性，缺省为NULL。

第二个参数dwStackSize，是栈的大小，一般设置为0。

第三个参数lpFun是新线程开始执行时，线程函数的入口地址。

它必须是将要被新线程执行的函数地址，不能为NULL。

第四个参数lpParameter，是线程函数定义的参数。

可以通过这个参数传送值，包括指针或者NULL 。

第五个参数dwCreationFlags，控制线程创建的附加标志，可以设置两种值。

0表示线程在被创建后就会立即开始执行；如果该参数为CREATE_SUSPENDED，则系统产生线程后，该线程处于挂起状态，并不马上执行，直至函数ResumeThread被调用；
第六个参数lpThreadID，为指向32位变量的指针，该参数接受所创建线程的ID号。

如果创建成功则返回线程的句柄，否则返回NULL。

线程管理
（1）设置线程的优先级
当一个线程被创建时，它的优先级等于它所属进程的优先级。

可以通过调用SetThreadPriority函数来设置线程的相对优先级。

线程的优先级是相对其所属的进程的优先级而言的。

例如：Bool SetThreadPriority (HANDLE hPriority , int nPriority) ;
参数hPriority 是指向待设置的线程句柄，线程与包含它的进程的优先级关系如下：
线程优先级= 进程优先级+ 线程相对优先级
（2）线程的挂起与恢复
进程中的每个线程都有挂起计数器(suspend count) 。

当挂起计数器值为0 时，线程被执行；当挂起计数器值大于0 时，调度器不去调度该线程。

不能够直接访问线程的挂起计数器，可以通过调用Windows API 函数来改变它的值。

可以通过调用SuspendThread()函数来挂起。

可以通过调用ResumeThread()函数来恢复。

这两个函数的原型如下：
DWORD SuspendThread(HANDLE hThread)；
该函数用于挂起指定的线程，如果函数执行成功，则线程的执行被终止。

每次调用SuspendThr ead() 函数，线程将挂起计数器的值增1 。

DWORD ResumeThread(HANDLE hThread)；
该函数用于结束线程的挂起状态来执行这个线程。

每次调用ResumeThread() 函数，线程将挂起计数器的值减1 ，若挂起计数器的值为0，则不会再减。

（3）线程等待
Win32 API提供了一组能使线程阻塞其自身执行的等待函数WaitForSingleObject、WaitForMulti pleObject。

这些函数在其参数中的一个或多个同步对象产生了信号，或者超过规定的等待时间才会返回。

在等待函数未返回时，线程处于等待状态，线程只消耗很少的CPU时间。

最常用的等待函数是：
DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle，
DWORD dwMilliseconds);
而函数WaitForMultipleObject可以用来同时监测多个对象，该函数的声明为：
DWORD WaitForMultipleObject(DWORD nCount,
CONST HANDLE *lpHandles,
BOOL bWaitAll,
DWORD dwMilliseconds);
线程终结
在线程函数返回时，线程自动终止。

如果需要在线程的执行过程中终止则可调用函数：VOID ExitThread (DWORD dwExitCode) ；
如果在线程的外面终止线程，则可调用下面的函数：
BOOL TerminateThread (HANDLE hThread, DWORDdw ExitCode) ；
Win32多线程的实现
下面这个程序首先创建两个线程，当输入为1时，执行线程，否则挂起线程。

例4.2 简单的多线程创建、执行、挂起、终止的程序例子
#include <windows.h>
#include <iostream>
using namespace std;
DWORD WINAPI FunOne(LPVOID param){
while(true)
{
Sleep(1000);
cout<<"hello! ";
}
return 0;
}
DWORD WINAPI FunTwo(LPVOID param){
while(true)
{
Sleep(1000);
cout<<"world! ";
}
return 0;
}
int main(int argc, char* argv[])
{
int input=0;
HANDLE hand1=CreateThread (NULL, 0, FunOne, (void*)&input, CREATE_SUSPENDED, N ULL);
HANDLE hand2=CreateThread (NULL, 0, FunTwo, (void*)&input, CREATE_SUSPENDED, NULL);
while(true){
cin>>input;
if(input==1)
{
ResumeThread(hand1);
ResumeThread(hand2);
}
else
{
SuspendThread(hand1);
SuspendThread(hand2);
}
};
TerminateThread(hand1,1); TerminateThread(hand2,1); return 0;
}。