Библиотека программиста

20.04.2024 - C++ Потоки в Win32

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.
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 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 отличии 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 завершит 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. Об причинах в следующем выпуске.

    Если появилась необходимость уничтожить поток снаружи, то это моет 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.
    Опубликовано на сайте: http://www.coders-library.ru
    Прямая ссылка: http://www.coders-library.ru/index.php?name=news&op=view&id=233