Потоки в Win32

Введение.


Любой поток (thread) состоит из двух компонентов:

- объекта ядра, через который ОС управляет потоком. Там же хранится статистическая информация о потоке.

- стека потока, который содержит параметры всех функций и локальные переменные, необходимые потоку для выполнения кода.

Потоки всегда создаются в контексте какого-либо процесса, и вся их жизнь проходит только в его границах. На практике это означает, что потоки исполняют код и манипулируют данными в адресном пространстве процесса. Если два или более потока выполняются внутри одного процесса, они делят одно адресное пространство.

Потоки могут выполнять один и тот же код, манипулировать одними и теми же данными, а также совместно использовать описатели объектов ядра, поскольку таблица описателей создается не в отдельных потоках, а в процессах.

Потоки используют намного меньше ресурсов системы, чем процессы, поэтому все задачи, требующие параллельного выполнения нескольких подзадач, стоит решать по возможности с помощью потоков, не прибегая к созданию нескольких процессов.

Обычная структура многопоточного приложения рассчитана на одновременное исполнение нескольких подзадач. Однако стоит помнить, что, создавая многопоточное приложение, нам придется заботиться о сохранности и ликвидности общих для всех потоков данных.

Создание потока.


Первичный поток, который присутствует в программе, начинает свое выполнение с главной функции потока типа WinMain.

Для создания вторичного потока необходимо создать и для него входную функцию, которая выглядит примерно так:
Код:
DWORD WINAPI ThreadFunc(PVOID pParam)
{
DWORD dwResult = 0;
.........
return dwResult;
}

Имя у функции вторичного потока, в отличие от первичного, может быть любым, однако, при наличии нескольких разных потоков назвать функции необходимо по-разному, иначе система создаст разные реализации одной и той же функции.

Когда поток закончит свое исполнение, он вернет управление системе, память, отведенная под его стек, будет освобождена, а счетчик пользователей его объекта ядра "поток" уменьшится на 1. Когда счетчик обнулится, этот объект ядра будет разрушен.

Для создания своего потока необходимо использовать функцию CreateThread:
Код:
HANDLE CreateThread(
LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
DWORD dwStackSize,
LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,
LPVOID lpParameter,
DWORD dwCreationFlags,
LPDWORD lpThreadId);

При каждом вызове этой функции система создает объект ядра (поток). Это не сам поток, а компактная структура данных, которая используется операционной системой для управления потоком и хранит статистическую информацию о потоке. Система выделяет память под стек потока из адресного пространства процесса. Новый поток выполняется в контексте того же процесса, что и родительский поток. Поэтому он получает доступ ко всем описателям объектов ядра, всей памяти и стекам всех потоков в процессе. За счет этого потоки в рамках одного процесса могут легко взаимодействовать друг с другом.

CreateThread - это Windows-функция, создающая поток. Если вы пишете код на С/С++, не вызывайте ее. Вместо нее вы должны использовать _beginthreadex из библиотеки Visual C++. Почему это так важно в наших следующих выпусках.

Параметры функции CreateThread.


LpThreadAttributes - является указателем на структуру LPSECURITY_ATTRIBUTES. Для присвоения атрибутов защиты по умолчанию, передавайте в этом параметре NULL.

DwStackSize - параметр определяет размер стека, выделяемый для потока из общего адресного пространства процесса. При передаче "0" размер устанавливается в значение по умолчанию.

LpStartAddress - указатель на адрес входной функции потока.

LpParameter - параметр, который будет передан внутрь функции потока.

DwCreationFlags - принимает одно из двух значений: 0 - исполнение начинается немедленно, или CREATE_SUSPENDED - исполнение приостанавливается до последующих указаний.

LpThreadId - Адрес переменной типа DWORD, в который функция возвращает идентификатор, приписанный системой новому потоку.

Завершение потока


Поток можно завершить четырьмя способами:

- функция потока возвращает управление (рекомендуемо);
- поток самоуничтожается вызовом функции ExitThread;
- другой поток процесса вызывает функцию TerminateThread;
- завершается процесс, содержащий данный поток.

Все способы, за исключением рекомендуемого, являются нежелательными и должны использоваться только в форс-мажорных обстоятельствах.

Функция потока, возвращая управление, гарантирует корректную очистку всех ресурсов, принадлежащих данному потоку. При этом:

- любые С++ объекты, созданные данным потоком, уничтожаются соответствующими деструкторами;
- система корректно освобождает память, которую занимал стек потока;
- система устанавливает код завершения данного потока. Его функция и возвращает;
- счетчик пользователей данного объекта ядра (поток) уменьшается на 1.

При желании немедленно завершить поток изнутри используют функцию ExitThread(DWORD dwExitCode).

При этом освобождаются все ресурсы ОС, выделенные данному потоку, но С С++ ресурсы (например, объекты классов С++) не очищаются. Именно поэтому не рекомендовано завершать поток, используя эту функцию.

Если же вы ее использовали, то кодом возврата потока будет тот параметр, который вы передадите в данную функцию.

Как и для CreateThread для библиотеки Visual C++ существует ее аналог _endthreadex, который и стоит использовать. О причинах в следующем выпуске.

Если появилась необходимость уничтожить поток снаружи, то это может сделать функция TeminateThread.

Эта функция уменьшит счетчик пользователей объекта ядра (поток) на 1, однако при этом не разрушит и не очистит стек потока. Стек будет существовать, пока не завершится процесс, которому принадлежит поток. При задачах, постоянно создающих и уничтожающих потоки, это приводит к потере памяти внутри процесса.

При завершении процесса происходит следующее. Завершение потока происходит принудительно. Деструкторы объектов не вызываются, и т.д. и т.д.

При завершении потока по такой причине связанный с ним объект ядра (поток) не освобождается до тех пор, пока не будут закрыты все внешние ссылки на этот объект.