Delphi线程中的两个重要概念

其它关于Suspend/Resume及线程优先级设置等方面，不是本文的重点，不再赘述。下面要讨论的是本文的另两个重点：Synchronize和WaitFor。
但是在介绍这两个函数之前，需要先介绍另外两个线程同步技术：事件和临界区。
事件（Event）与Delphi中的事件有所不同。从本质上说，Event其实相当于一个全局的布尔变量。它有两个赋值操作：Set和Reset，相当于把它设置为True或False。而检查它的值是通过WaitFor操作进行。对应在Windows平台上，是三个API函数：SetEvent、ResetEvent、WaitForSingleObject（实现WaitFor功能的API还有几个，这是最简单的一个）。
这三个都是原语，所以Event可以实现一般布尔变量不能实现的在多线程中的应用。Set和Reset的功能前面已经说过了，现在来说一下WaitFor的功能：
WaitFor的功能是检查Event的状态是否是Set状态（相当于True），如果是则立即返回，如果不是，则等待它变为Set状态，在等待期间，调用WaitFor的线程处于挂起状态。另外WaitFor有一个参数用于超时设置，如果此参数为0，则不等待，立即返回Event的状态，如果是INFINITE则无限等待，直到Set状态发生，若是一个有限的数值，则等待相应的毫秒数后返回Event的状态。
当Event从Reset状态向Set状态转换时，唤醒其它由于WaitFor这个Event而挂起的线程，这就是它为什么叫Event的原因。所谓“事件”就是指“状态的转换”。通过Event可以在线程间传递这种“状态转换”信息。
当然用一个受保护（见下面的临界区介绍）的布尔变量也能实现类似的功能，只要用一个循环检查此布尔值的代码来代替WaitFor即可。从功能上说完全没有问题，但实际使用中就会发现，这样的等待会占用大量的CPU资源，降低系统性能，影响到别的线程的执行速度，所以是不经济的，有的时候甚至可能会有问题。所以不建议这样用。
临界区（CriticalSection）则是一项共享数据访问保护的技术。它其实也是相当于一个全局的布尔变量。但对它的操作有所不同，它只有两个操作：Enter和Leave，同样可以把它的两个状态当作True和False，分别表示现在是否处于临界区中。这两个操作也是原语，所以它可以用于在多线程应用中保护共享数据，防止访问冲突。
用临界区保护共享数据的方法很简单：在每次要访问共享数据之前调用Enter设置进入临界区标志，然后再操作数据，最后调用Leave离开临界区。它的保护原理是这样的：当一个线程进入临界区后，如果此时另一个线程也要访问这个数据，则它会在调用Enter时，发现已经有线程进入临界区，然后此线程就会被挂起，等待当前在临界区的线程调用Leave离开临界区，当另一个线程完成操作，调用Leave离开后，此线程就会被唤醒，并设置临界区标志，开始操作数据，这样就防止了访问冲突。
以前面那个InterlockedIncrement为例，我们用CriticalSection（Windows API）来实现它：

Var
InterlockedCrit : TRTLCriticalSection;
Procedure InterlockedIncrement( var aValue : Integer );
Begin
EnterCriticalSection( InterlockedCrit );
Inc( aValue );
LeaveCriticalSection( InterlockedCrit );
End;

现在再来看前面那个例子：
1.线程A进入临界区（假设数据为3）
2.线程B进入临界区，因为A已经在临界区中，所以B被挂起
3.线程A对数据加一（现在是4）
4.线程A离开临界区，唤醒线程B（现在内存中的数据是4）
5.线程B被唤醒，对数据加一（现在就是5了）
6.线程B离开临界区，现在的数据就是正确的了。
临界区就是这样保护共享数据的访问。
关于临界区的使用，有一点要注意：即数据访问时的异常情况处理。因为如果在数据操作时发生异常，将导致Leave操作没有被执行，结果将使本应被唤醒的线程未被唤醒，可能造成程序的没有响应。所以一般来说，如下面这样使用临界区才是正确的做法：

EnterCriticalSection
Try
// 操作临界区数据
Finally
LeaveCriticalSection
End;

最后要说明的是，Event和CriticalSection都是操作系统资源，使用前都需要创建，使用完后也同样需要释放。如TThread类用到的一个全局Event：SyncEvent和全局CriticalSection：TheadLock，都是在InitThreadSynchronization和DoneThreadSynchronization中进行创建和释放的，而它们则是在Classes单元的Initialization和Finalization中被调用的。
由于在TThread中都是用API来操作Event和CriticalSection的，所以前面都是以API为例，其实Delphi已经提供了对它们的封装，在SyncObjs单元中，分别是TEvent类和TCriticalSection类。用法也与前面用API的方法相差无几。因为TEvent的构造函数参数过多，为了简单起见，Delphi还提供了一个用默认参数初始化的Event类：TSimpleEvent。
顺便再介绍一下另一个用于线程同步的类：TMultiReadExclusiveWriteSynchronizer，它是在SysUtils单元中定义的。据我所知，这是Delphi RTL中定义的最长的一个类名，还好它有一个短的别名：TMREWSync。至于它的用处，我想光看名字就可以知道了，我也就不多说了。
有了前面对Event和CriticalSection的准备知识，可以正式开始讨论Synchronize和WaitFor了。
我们知道，Synchronize是通过将部分代码放到主线程中执行来实现线程同步的，因为在一个进程中，只有一个主线程。先来看看Synchronize的实现：

procedure TThread.Synchronize(Method: TThreadMethod);
begin
FSynchronize.FThread := Self;
FSynchronize.FSynchronizeException := nil;
FSynchronize.FMethod := Method;
Synchronize(@FSynchronize);
end;

其中FSynchronize是一个记录类型：
PSynchronizeRecord = ^TSynchronizeRecord;
TSynchronizeRecord = record
FThread: TObject;
FMethod: TThreadMethod;
FSynchronizeException: TObject;
end;

用于进行线程和主线程之间进行数据交换，包括传入线程类对象，同步方法及发生的异常。
在Synchronize中调用了它的一个重载版本，而且这个重载版本比较特别，它是一个“类方法”。所谓类方法，是一种特殊的类成员方法，它的调用并不需要创建类实例，而是像构造函数那样，通过类名调用。之所以会用类方法来实现它，是因为为了可以在线程对象没有创建时也能调用它。不过实际中是用它的另一个重载版本（也是类方法）和另一个类方法StaticSynchronize。下面是这个Synchronize的代码：

class procedure TThread.Synchronize(ASyncRec: PSynchronizeRecord);
var
SyncProc: TSyncProc;
begin
if GetCurrentThreadID = MainThreadID then
ASyncRec.FMethod
else
begin
SyncProc.Signal := CreateEvent(nil, True, False, nil);
try
EnterCriticalSection(ThreadLock);
try
if SyncList = nil then
SyncList := TList.Create;
SyncProc.SyncRec := ASyncRec;
SyncList.Add(@SyncProc);
SignalSyncEvent;
if Assigned(WakeMainThread) then
WakeMainThread(SyncProc.SyncRec.FThread);
LeaveCriticalSection(ThreadLock);
try
WaitForSingleObject(SyncProc.Signal, INFINITE);
finally
EnterCriticalSection(ThreadLock);
end;
finally
LeaveCriticalSection(ThreadLock);
end;
finally
CloseHandle(SyncProc.Signal);
end;
if Assigned(ASyncRec.FSynchronizeException) then raise ASyncRec.FSynchronizeException;
end;
end;

这段代码略多一些，不过也不算太复杂。
首先是判断当前线程是否是主线程，如果是，则简单地执行同步方法后返回。
如果不是主线程，则准备开始同步过程。
通过局部变量SyncProc记录线程交换数据（参数）和一个Event Handle，其记录结构如下：

TSyncProc = record
SyncRec: PSynchronizeRecord;
Signal: THandle;
end;

然后创建一个Event，接着进入临界区（通过全局变量ThreadLock进行，因为同时只能有一个线程进入Synchronize状态，所以可以用全局变量记录），然后就是把这个记录数据存入SyncList这个列表中（如果这个列表不存在的话，则创建它）。可见ThreadLock这个临界区就是为了保护对SyncList的访问，这一点在后面介绍CheckSynchronize时会再次看到。
再接下就是调用SignalSyncEvent，其代码在前面介绍TThread的构造函数时已经介绍过了，它的功能就是简单地将SyncEvent作一个Set的操作。关于这个SyncEvent的用途，将在后面介绍WaitFor时再详述。
接下来就是最主要的部分了：调用WakeMainThread事件进行同步操作。WakeMainThread是一个TNotifyEvent类型的全局事件。这里之所以要用事件进行处理，是因为Synchronize方法本质上是通过消息，将需要同步的过程放到主线程中执行，如果在一些没有消息循环的应用中（如Console或DLL）是无法使用的，所以要使用这个事件进行处理。
而响应这个事件的是Application对象，下面两个方法分别用于设置和清空WakeMainThread事件的响应（来自Forms单元）：

procedure TApplication.HookSynchronizeWakeup;
begin
Classes.WakeMainThread := WakeMainThread;
end;

procedure TApplication.UnhookSynchronizeWakeup;
begin
Classes.WakeMainThread := nil;
end;