基于VC++的多線程通信程序設(shè)計(jì)論文
介紹了Windows多線程技術(shù)、多線程間通信、以及多線程通信程序設(shè)計(jì)的主要函數(shù)，然后在前面關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用VC++ 6.0 為開(kāi)發(fā)平臺(tái)， 實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于VC++的多線程局域網(wǎng)聊天程序。
在多任務(wù)Windows編程中，為了提高代碼的時(shí)、空效率，廣泛采取后臺(tái)程序和前臺(tái)程序，而前臺(tái)任務(wù)及后臺(tái)任務(wù)是通過(guò)多線程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而線程間的通信就變得極為重要。Visual C++對(duì)Windwos線程和消息的多任務(wù)機(jī)制提供了強(qiáng)有力的支持，并封裝了大量的通信函數(shù)，給多線程通信程序編程帶來(lái)了很大的便利。
1、多線程技術(shù)概述
多線程在Windows編程中是一個(gè)比較重要的概念。所謂多線程，即在同一個(gè)程序中可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)。這意味著，編程者可以將整個(gè)任務(wù)分成幾個(gè)線程，然后讓操作系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行，從而提高程序的執(zhí)行效率。一般線程被分為兩種：用戶界面線程和工作線程(又稱為后臺(tái)線程)。
1.1 創(chuàng)建線程與終止線程
創(chuàng)建線程的過(guò)程可以分成兩大步驟，首先編寫(xiě)線程函數(shù)，然后創(chuàng)建線程，并將其參數(shù)線程函數(shù)地址指向剛剛編寫(xiě)的線程函數(shù)。線程函數(shù)的退出，除了使用退出函數(shù)處理外，大都是隨著程序的結(jié)束而退出。
1.2 線程同步
多線程提高了程序執(zhí)行的效率，提高了編程的靈活性，但同時(shí)也引入了新的問(wèn)題。線程之間經(jīng)常要同時(shí)訪問(wèn)一些資源，因此對(duì)共享資源進(jìn)行訪問(wèn)引起沖突是不可避免的。另外，在Windwos的消息驅(qū)動(dòng)方式下，必須某個(gè)事件的發(fā)生了，才可以執(zhí)行某個(gè)線程，為了解決上述問(wèn)題，必須引入線程同步的概念。Win32 API提供了多種同步控制對(duì)象，包括臨界區(qū)、互斥對(duì)象、信號(hào)量和事件。
2、多線程間通信
一般而言，應(yīng)用程序中的一個(gè)次要線程總是為主線程執(zhí)行特定的任務(wù)，這樣，主線程和次要線程間必定有一個(gè)信息傳遞的渠道，也就是主線程和次要線程間要進(jìn)行通信。這種線程間的通信不但是難以避免的，而且在多線程編程中也是復(fù)雜和頻繁的。多線程間通信可以采用全局變量、自定義消息、事件對(duì)象通信。
1) 使用全局變量進(jìn)行通信
由于屬于同一個(gè)進(jìn)程的各個(gè)線程共享操作系統(tǒng)分配該進(jìn)程的資源，故解決線程間通信最簡(jiǎn)單的一種方法是使用全局變量。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)類型的全局變量，可以使用volatile修飾符，它告訴編譯器無(wú)需對(duì)該變量作任何的優(yōu)化，即無(wú)需將它放到一個(gè)寄存器中，并且該值可被外部改變。如果線程間所需傳遞的信息較復(fù)雜，可以定義一個(gè)結(jié)構(gòu)，通過(guò)傳遞指向該結(jié)構(gòu)的指針進(jìn)行傳遞信息。
2) 使用自定義消息進(jìn)行通信
可以在一個(gè)線程的執(zhí)行函數(shù)中向另一個(gè)線程發(fā)送自定義的消息來(lái)達(dá)到通信的目的。一個(gè)線程向另外一個(gè)線程發(fā)送消息是通過(guò)操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。利用Windows操作系統(tǒng)的消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制，當(dāng)一個(gè)線程發(fā)出一條消息時(shí)，操作系統(tǒng)首先接收到該消息，然后把該消息轉(zhuǎn)發(fā)給目標(biāo)線程，接收消息的線程必須已經(jīng)建立了消息循環(huán)。
3) 使用事件對(duì)象進(jìn)行通信
在線程之間傳送信號(hào)的一種比較復(fù)雜的方法是使用享件對(duì)象，在MFC中有一個(gè)事件類CEvent。一個(gè)事件對(duì)象可以處于兩種狀態(tài)的一種：信號(hào)態(tài)和非信號(hào)態(tài)。線程能夠監(jiān)視處于信號(hào)態(tài)的事件，以便在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間執(zhí)行對(duì)事件的操作。
3、多線程通信程序設(shè)計(jì)
3.1 重要函數(shù)
1) Win32 API對(duì)多線程編程的支持
Win32提供了一系列的API函數(shù)來(lái)完成線程的創(chuàng)建、掛起、恢復(fù)、終結(jié)以及通信等工作。下面將選取其中的一些重要函數(shù)進(jìn)行說(shuō)明。
�、貶ANDLE CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes，DWORD dwStackSize，LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress，LPVOID lpParameter， DWORD dwCreationFlags， LPDWORD lpThreadId);
該函數(shù)在其調(diào)用進(jìn)程的進(jìn)程空間里創(chuàng)建一個(gè)新的線程，并返回已建線程的句柄，如果創(chuàng)建成功則返回線程的句柄，否則返回NULL。
�、贒WORD SuspendThread(HANDLE hThread);
該函數(shù)用于掛起指定的線程，如果函數(shù)執(zhí)行成功，則線程的執(zhí)行被終止。
�、跠WORD ResumeThread(HANDLE hThread);
該函數(shù)用于結(jié)束線程的掛起狀態(tài)，執(zhí)行線程。
�、躒OID ExitThread(DWORD dwExitCode);
該函數(shù)用于線程終結(jié)自身的執(zhí)行，主要在線程的執(zhí)行函數(shù)中被調(diào)用。其中參數(shù)dwExitCode用來(lái)設(shè)置線程的退出碼。
�、軧OOL TerminateThread(HANDLE hThread，DWORD dwExitCode);
一般情況下，線程運(yùn)行結(jié)束之后，線程函數(shù)正常返回，但是應(yīng)用程序可以調(diào)用TerminateThread強(qiáng)行終止某一線程的執(zhí)行。使用TerminateThread()終止某個(gè)線程的執(zhí)行是不安全的，可能會(huì)引起系統(tǒng)不穩(wěn)定;雖然該函數(shù)立即終止線程的.執(zhí)行，但并不釋放線程所占用的資源。因此，一般不建議使用該函數(shù)。
�、轇OOL PostThreadMessage(DWORD idThread，UINT Msg，WPARAM wParam，LPARAM lParam);
該函數(shù)將一條消息放入到指定線程的消息隊(duì)列中，并且不等到消息被該線程處理時(shí)便返回。調(diào)用該函數(shù)時(shí)，如果即將接收消息的線程沒(méi)有創(chuàng)建消息循環(huán)，則該函數(shù)執(zhí)行失敗。
2) MFC對(duì)多線程編程的支持
MFC中有兩類線程，分別稱之為工作者線程和用戶界面線程。二者的主要區(qū)別在于工作者線程沒(méi)有消息循環(huán)，而用戶界面線程有自己的消息隊(duì)列和消息循環(huán)。
工作者線程沒(méi)有消息機(jī)制，通常用來(lái)執(zhí)行后臺(tái)計(jì)算和維護(hù)任務(wù)，如冗長(zhǎng)的計(jì)算過(guò)程，打印機(jī)的后臺(tái)打印等。用戶界面線程一般用于處理獨(dú)立于其他線程執(zhí)行之外的用戶輸入，響應(yīng)用戶及系統(tǒng)所產(chǎn)生的事件和消息等。但對(duì)于Win32的API編程而言，這兩種線程是沒(méi)有區(qū)別的，它們都只需線程的啟動(dòng)地址即可啟動(dòng)線程來(lái)執(zhí)行任務(wù)。
在MFC中，一般用全局函數(shù)AfxBeginThread()來(lái)創(chuàng)建并初始化一個(gè)線程的運(yùn)行，該函數(shù)有兩種重載形式，分別用于創(chuàng)建工作者線程和用戶界面線程。兩種重載函數(shù)原型和參數(shù)分別說(shuō)明如下：
①CWinThread* AfxBeginThread(AFX_THREADPROC pfnThreadProc，LPVOID pParam，
nPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL， UINT nStackSize=0，
DWORD dwCreateFlags=0，LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);
�、贑WinThread* AfxBeginThread(CRuntimeClass* pThreadClass，
int nPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL，UINT nStackSize=0，
DWORD dwCreateFlags=0， LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);
一般情況下，調(diào)用AfxBeginThread()來(lái)一次性地創(chuàng)建并啟動(dòng)一個(gè)線程，但是也可以通過(guò)兩步法來(lái)創(chuàng)建線程：首先創(chuàng)建CWinThread類的一個(gè)對(duì)象，然后調(diào)用該對(duì)象的成員函數(shù)CreateThread()來(lái)啟動(dòng)該線程。
�、踲irtual BOOL CWinThread：：InitInstance();
重載該函數(shù)以控制用戶界面線程實(shí)例的初始化。初始化成功則返回非0值，否則返回0。用戶界面線程經(jīng)常重載該函數(shù)，工作者線程一般不使用InitInstance()。
�、躹irtual int CWinThread：：ExitInstance();
在線程終結(jié)前重載該函數(shù)進(jìn)行一些必要的清理工作。該函數(shù)返回線程的退出碼，0表示執(zhí)行成功，非0值用來(lái)標(biāo)識(shí)各種錯(cuò)誤。同InitInstance()成員函數(shù)一樣，該函數(shù)也只適用于用戶界面線程。
3.2 VC++下多線程局域網(wǎng)聊天程序
聊天程序是現(xiàn)代生活中不可缺少的通信工具，為了在局域網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的實(shí)時(shí)通信，在VC++的編程環(huán)境中，利用套接字庫(kù)技術(shù)和多線程編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)聊天程序。
1) 界面設(shè)計(jì)。界面設(shè)計(jì)如圖1所示。
2) 函數(shù)
void CMyQQDlg：： SendMsg() //發(fā)送消息
void CMyQQDlg：： SendFile() //發(fā)送文件
void CMyQQDlg：： Caputer() //抓取屏幕
void CMyQQDlg：：AddMsgList(CString IP，CString str) //添加信息于LISTBOX 控件中
CString CMyQQDlg：：GetError(DWORD error) //返回錯(cuò)誤信息
int CMyQQDlg：：GetLocalHostName(CString &sHostName) //獲得本地計(jì)算機(jī)名稱
int CMyQQDlg：：GetIpAddress(const CString &sHostName， CString &sIpAddress)//獲得本地IP
int CMyQQDlg：：GetNamebyAddress(const CString &IpAddress，CString &sYouName)//獲得對(duì)方計(jì)算機(jī)名稱
3) 線程啟動(dòng)
pThreadLisen=：：AfxBeginThread(_ListenTcpThread，this); //開(kāi)始TCP線程
pThreadLisen=：：AfxBeginThread(_UDPThread，this); //開(kāi)始UDP線程
4) 服務(wù)器線程
UINT _ListenTcpThread(LPVOID lparam) //TCP監(jiān)聽(tīng)線程
UINT _UDPThread(LPVOID lparam) //UDP接受信息線程開(kāi)始
5) 客戶端線程
UINT _SendFileThread(LPVOID lparam) //發(fā)送文件線程
UINT _SendMsgThread(LPVOID lparam) //TCP發(fā)送信息線程
UINT _SendMsgUdpThread(LPVOID lparam) //UDP發(fā)送信息
UINT _ThreadCapture(LPVOID lparam) //抓取對(duì)方屏幕線程
以上程序在Windows XP， Microsoft Visual C++6.0中編譯執(zhí)行通過(guò)。
4、結(jié)束語(yǔ)
要設(shè)計(jì)出性能較好的多線程通信程序，不僅需要對(duì)操作系統(tǒng)的處理過(guò)程很清楚，還需要對(duì)VC++的線程處理函數(shù)十分了解，并對(duì)具體應(yīng)用中各線程的關(guān)系非常清楚，以利于在應(yīng)用程序中控制同步事件的發(fā)生，避免出現(xiàn)死鎖或不能同步處理的現(xiàn)象。
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