Win32多线程程序设计(三)

多线程等待的艺术-等待一个线程的结束

前言：

　　等待某件事情的发生是线程经常要做的事情，当你读取用户的输入，或是存取磁盘文件时，线程必须等待，当结束主线程之前，我们要保证这个进程的所有用户线程已经结束-如何等待其他线程的结束-是一个值得深思的问题

　　之前我们使用GetExitCodeThread()判断一个线程是否还在执行，通过不断的检查GetExitCodeThread()的返回值，判断某个线程是否结束，只有线程真正结束时，我们才结束主线程，如果我们没有等待线程结束就莽撞的结束主线程，可能线程会在完成它的工作之前就被强制的结束掉，造成不可预料的后果

　　通过GetExitCodeThread()等待是一种等待方式，优点和缺点都很明显，我们可以接受一个或两个线程以这种方式等待，但如果有几百个线程都是靠不断的调用GetExitCodeThread()等待结束，就会白白浪费很多CPU时间，如何让等待变的有效率，是多线程程序中迫需解决的一个问题

1.常用的两个等待技术

1)      Sleep()

　　我们可以使用Win32 Sleep()让线程休眠一个指定的时间，直到渡过这个指定时间后才恢复，这种等待方式实现简单并且可以在不减少CPU的利用率的条件下进行等待，但这种方法有一个缺陷，在抢占式操作系统中我们不可能真正知道一个线程到底要执行多久，有时候即使一个本可以快速完成的线程，如果有另一个更高优先级的线程正在执行的话，那么这个线程会需要更长的时间，这会导致线程在未完成其工作的情况下被强制结束

2)      busy loop

　　busy loop也称为busy waits，通常通过不断的调用GetExitCodeThread()判断线程执行状态，直到其结果不再是STILL_ACTIVE等待结束，它最大的缺点是浪费CPU时间，CPU的利用率很低，busy loop会对系统效率造成很大的冲击，我们通常在程序中避免使用busy loop

2.Windows系统效率测试与比较的方法

　　当我们实现一个功能时，常常会有不同的解决方案，这时我们就会需要评估那个方案更优，执行时间是很重要的一个评估指标，我们通过比较功能相同的代码的执行时间，从而选出时间最短的解决方案，计算执行时间的代码段如下：

int main()

{

       DWORD begin;

       DWORD elapsed;

       begin = GetTickCount();

       …

       //要计算执行时间的代码段

       …

       elapsed = GetTickCount() – begin;

       return 0;

}

注：

在抢先式多任务系统下，操作系统没有能力分辨那个线程的工作是有用的，那个线程的工作是没用的，每个线程一律获得平等的CPU时间，当我们使用busy loop时，主线程利用获得的CPU时间，疯狂的检查GetExitCodeThread()返回值，其实全是在做无用功，busy loop从其他真正需要CPU时间的程序中取走宝贵的资源，对程序来说，是一种灾难！

有时，即使我们没有使用线程，也会无意识的写出比busy loop更低级的代码，下面这段代码用掉所有可用的CPU时间，纯粹的只是等待

void Wait(DWORD ms)

{

       DWORD begin = GetTickCount();

       while(GetTickCount – begin < ms)

              ;      //Do Nothing

}

注：

busy loop在多线程和单线程都会发生，多线程中是指通过GetExitCodeThread()不断判断，等待线程结束，单线程中是指一段不执行有效计算的循环体

性能监视器：

Windows给我们提供了一个强大的工具，性能监视器，可以用来检测系统的性能

1)　　打开方式：

单击”控制面板-管理工具-性能”即可打开性能监视器

2)　　功能：

　　性能监视器可以告诉我们CPU的忙碌程度，以确定我们所写的程序有预期的行为，当启动一个程序后，如果CPU利用率未达到100%时，表示CPU运算能力还有余裕可以发挥，如果到达100%，CPU就得开始分割时间给所有线程共享了，如果CPU利用率在100%处停留很久，说明这个程序可能有一个busy loop

3.通过WaitForSingleObject()等待一个线程(更高级的Sleep())

DWORD WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds)

参数：

hHandle 要等待的核心对象的handle(这里是一个线程核心对象)

dwMillliseconds 等待的最长时间，时间终了，即使handle尚未成为激发状态，此函数还是返回，此值可以是0(代表立刻返回)，也可以是INFINITE代表无穷等待

返回值：

如果函数失败，则返回WAIT_FAILED

函数执行成功的可能因素有：

1)      等待的核心对象变为激发状态，此时返回WAIT_OBJECT_0

2)      核心对象变为激发状态之前，等待的时间终了，返回WAIT_TIMEOUT

注1：

核心对象的状态：

Win32 的各种核心对象，如文件，线程，互斥器等，这些核心对象有两种状态：激发状态及未激发状态，不同的核心对象的状态代表不同的含义，如信号量和互斥器可记录红灯绿灯状态，文件对象可告诉我们一个I/O操作何时完成，线程对象的状态告诉我们其何时结束(线程结束时变为激发状态)。线程往往会对这些核心对象的状态感兴趣，如线程#1需要等待线程#2结束，则在线程#1中调用waitForSingleObject(#2, time)，当线程#2结束时，线程#1获知，这样之前的busy loop就可以被替换为更有效的代码段

busy loop:

for(;;)

{

       int rc;

       rc = GetExitCodeThread(#1, &exitCode);

　　if (!rc && exitCode != STILL_ACTIVE)

   　　    break;

}

替换为：

WaitForSingleObject(#1, INFINITE);

注1：

忙等中，操作系统不断询问被等待的对象是否变为激发状态，替换为当被等待的对象变为激发状态时通知操作系统

注2：

time-out参数在编程中的用途：

time-out有一个特别重要的用途，我们可以设定time-out为0，这样检查handle的状态后立刻返回，如果handle为激发状态则返回WAIT_OBJECT_0，否则，返回WAIT_TIMEOUT

我们也可以设定time-out为一个指定的值，避免所等待线程进入一个无穷等待，当超过指定时间值后，根据函数的返回值及time-out是否终了，设置一些警告信息

例如可以利用time-out提供一个动画，每500毫秒time-out一次，更新图示，然后继续等待

注3：

实际上，多种核心对象都可以当做WaitForSingleObject()的等待目标，系统等待这一对象”被激发”，当等待的对象变为激发状态时返回，对线程来说，当线程正在执行时，线程对象处于未激发状态，当线程结束时，线程对象变为激发状态，因此如果等待的是一个线程对象，将会在线程结束时，线程对象变为激发状态，导致WaitForSingleObject()醒来

结束语：

我们重温了busy loop的不良结果，学习了Windows性能监视器的用途，认识了核心对象激发状态和非激发状态，并如何在一个线程中等待一个核心对象被激发

WaitForSingleObject()是等待中的终极武器，他集结了所有等待的优点

1)在不占用CPU时间的情况下等待某个对象

2)当被等待的对象变为激发状态时主动通知系统，避免系统反复的查询