Multithreaded Application Tutorial/pl

From Free Pascal wiki
Jump to navigationJump to search

Deutsch (de) English (en) español (es) français (fr) 日本語 (ja) polski (pl) português (pt) русский (ru) slovenčina (sk) 中文(中国大陆)‎ (zh_CN)

Kurs tworzenia aplikacji wielowątkowych

Wprowadzenie

Na tej stronie spróbujemy wyjaśnić, w jaki sposób napisać i debugować aplikacje wielowątkowe przy pomocy Free Pascala i Lazarusa. Aplikacja wielowątkowa to program, który tworzy dwa lub więcej wątków wykonawczych działających w tym samym czasie. Jeśli nie miałeś dotąd do czynienia z wielowątkowością, przeczytaj akapit „Czy potrzebujesz wielowątkowości?” aby ustalić, czy jest ci to naprawdę potrzebne, bo być może zaoszczędzisz sobie bólu głowy.

Pierwszy wątek nazywany jest głównym wątkiem. Główny wątek to ten, który jest tworzony przez System Operacyjny, to ten sam, w którym nasza aplikacja rozpoczyna działanie. Główny wątek musi być jedynym wątkiem, który aktualizuje komponenty do komunikacji z użytkownikiem: w przeciwnym wypadku, aplikacja może się zawiesić.

Podstawowym założeniem jest to, aby aplikacja mogła przetwarzać pewne dane w tle, tj. w drugim wątku, podczas gdy użytkownik może kontynuować pracę przy użyciu głównego wątku.

Innym zastosowaniem wątków jest po prostu możliwość lepszej reakcji programu. Jeśli tworzysz dużą aplikację lub gdy użytkownik naciśnie przycisk aplikacji rozpoczynając jakiś duży proces ... dopóki trwa przetwarzanie, ekran przestaje odpowiadać, co powoduje błędne lub mylące wrażenie, że aplikacja jest zawieszona. Jeśli duży proces przebiega w drugim wątku, aplikacja zachowuje się (prawie) tak, jakby była w stanie bezczynności. W tym przypadku dobrym pomysłem jest aby, przed rozpoczęciem wątku, wyłączyć odpowiednie przyciski na formularzu, w celu uniknięcia ponownego uruchomienia drugiego wątku przez użytkownika.

Jeszcze innym zastosowaniem wielowątkowości może być serwer, który jest w stanie dać odpowiedź wielu klientom, w tym samym czasie.

Czy potrzebujesz wielowątkowości?

Jeśli dopiero poznajesz wielowątkowość i chciałbyś tylko stworzyć aplikację z szybszym czasem reakcji w chwili gdy wykonuje ona umiarkowanie długotrwałe zadanie, wówczas wielowątkowość może być nadmiarowa w stosunku do wymagań. Aplikacje wielowątkowe są zawsze trudniejsze do debugowania i często są znacznie bardziej skomplikowane, jednak w wielu przypadkach wcale nie potrzebujesz używać wielowątkowości. Jeden wątek jest wystarczający. Możesz podzielić czasochłonne zadanie na kilka mniejszych części, oraz użyć procedurę Application.ProcessMessages. Procedura ta pozwala bibliotece LCL obsłużyć wszystkie oczekujące komunikaty i powrócić do miejsca jej wywołania. Główną ideą jest to, aby wywoływać Application.ProcessMessages w regularnych odstępach czasu w trakcie wykonywania długotrwałego zadania, np. po to aby sprawdzić, czy użytkownik kliknął na jakąś kontrolkę lub czy wskaźnik postępu musi zostać przemalowany albo zdarzyło się jeszcze coś innego.

Przykład: Czytanie dużego pliku i jego przetwarzanie. Zobacz: examples/multithreading/singlethreadingexample1.lpi.

Wielowątkowość jest potrzebna tylko w przypadku

  • używania uchwytów blokujących, takich jak w komunikacji sieci
  • korzystania z wielu procesorów jednocześnie (SMP)
  • algorytmów i bibliotek, które muszą być wywoływane przez API i jako takie nie mogą być podzielone na mniejsze części.

Jeśli chcesz użyć wielowątkowości, aby zwiększyć prędkość przy użyciu wielu procesorów jednocześnie, sprawdź, czy twój obecny program w tej chwili wykorzystuje 100% zasobów 1 rdzenia CPU (na przykład, program może aktywnie korzystać z operacji wejścia-wyjścia, jak zapis do pliku i to zajmuje dużo czasu, ale nie obciąża procesora, i w tym przypadku program nie będzie działał szybciej z wieloma wątkami). Należy również sprawdzić, czy poziom optymalizacji jest ustawiony na maksymalny (3). Przełączając poziom optymalizacji z 1 na 3, program może stać się około 5 razy szybszy.

Moduły potrzebne do tworzenia aplikacji wielowątkowej

Nie potrzebujesz żadnych specjalnych modułów do tego, aby pracować z systemem Windows. Jednak w przypadku Linuksa, Mac OS X i FreeBSD, należy użyć modułu cthreads i musi być on użyty jako pierwszy moduł projektu (program źródłowy, zwykle znajdujący się w pliku .lpr)!

Dlatego twój kod aplikacji Lazarusa powinien wyglądać tak:

program MyMultiThreadedProgram;
{$mode objfpc}{$H+}
uses
{$ifdef unix}
  cthreads,
  cmem, // menedżer pamięci c jest w niektórych systemach znacznie szybszy dla aplikacji wielowątkowych
{$endif}
  Interfaces, // to zawiera widżety LCL
  Forms
  { tu możesz dodać następne moduły },

Jeśli o tym zapomnisz i użyjesz TThread, otrzymasz następujący błąd podczas uruchamiania:

 This binary has no thread support compiled in.
 Recompile the application with a thread-driver in the program uses clause before other units using thread.
Note-icon.png

Uwaga: Jeśli pojawi się błąd linkera o tym, że nie znaleziono „mcount” to znaczy, że używasz jakiegoś modułu, który zawiera kod wielowątkowy i musisz dodać moduł cthreads lub użyć sprytnego łączenia.

Note-icon.png

Uwaga: Jeśli w procedurze SYSTEM_NOTHREADERROR otrzymasz błąd: „Project raised exception class 'RunError(232)'” to znaczy, że twój kod potrzebuje wątków i musisz dodać moduł cthreads.

Przykład w czystym FPC

Poniższy kod przedstawia bardzo prosty przykład. Testowany z FPC 3.0.4 na Win7.

Program ThreadTest;
{ przetestuj możliwość aplikacji wielowątkowej }
{
      OUTPUT
wątek 1 uruchomiony
wątek 1 zmienna thri 0 Długość(s)= 1
wątek 1 zmienna thri 1 Długość(s)= 2
wątek 1 zmienna thri 2 Długość(s)= 3
wątek 1 zmienna thri 3 Długość(s)= 4
wątek 1 zmienna thri 4 Długość(s)= 5
wątek 1 zmienna thri 5 Długość(s)= 6
wątek 1 zmienna thri 6 Długość(s)= 7
wątek 1 zmienna thri 7 Długość(s)= 8
wątek 1 zmienna thri 8 Długość(s)= 9
wątek 1 zmienna thri 9 Długość(s)= 10
wątek 1 zmienna thri 10 Długość(s)= 11
wątek 1 zmienna thri 11 Długość(s)= 12
wątek 1 zmienna thri 12 Długość(s)= 13
wątek 1 zmienna thri 13 Długość(s)= 14
wątek 1 zmienna thri 14 Długość(s)= 15
wątek 2 uruchomiony
wątek 3 uruchomiony
wątek 1 zmienna thri 15 Długość(s)= 16
wątek 2 zmienna thri 0 Długość(s)= 1
wątek 3 zmienna thri 0 Długość(s)= 1
wątek 1 zmienna thri 16 Długość(s)= 17
...
...
wątek 5 zmienna thri 997 Długość(s)= 998
wątek 5 zmienna thri 998 Długość(s)= 999
wątek 5 zmienna thri 999 Długość(s)= 1000
wątek 5 zakończony
wątek 10 zmienna thri 828 Długość(s)= 829
wątek 9 zmienna thri 675 Długość(s)= 676
wątek 4 zmienna thri 656 Długość(s)= 657
wątek 10 zmienna thri 829 Długość(s)= 830
wątek 9 zmienna thri 676 Długość(s)= 677
wątek 9 zmienna thri 677 Długość(s)= 678
wątek 10 zmienna thri 830 Długość(s)= 831
wątek 10 zmienna thri 831 Długość(s)= 832
wątek 10 zmienna thri 832 Długość(s)= 833
wątek 10 zmienna thri 833 Długość(s)= 834
wątek 10 zmienna thri 834 Długość(s)= 835
wątek 10 zmienna thri 835 Długość(s)= 836
wątek 10 zmienna thri 836 Długość(s)= 837
wątek 10 zmienna thri 837 Długość(s)= 838
wątek 10 zmienna thri 838 Długość(s)= 839
wątek 10 zmienna thri 839 Długość(s)= 840
wątek 9 zmienna thri 678 Długość(s)= 679
...
...
wątek 4 zmienna thri 994 Długość(s)= 995
wątek 4 zmienna thri 995 Długość(s)= 996
wątek 4 zmienna thri 996 Długość(s)= 997
wątek 4 zmienna thri 997 Długość(s)= 998
wątek 4 zmienna thri 998 Długość(s)= 999
wątek 4 zmienna thri 999 Długość(s)= 1000
wątek 4 zakończony
10
	  
}

uses
  {$ifdef unix}cthreads, {$endif} sysutils;

const
  threadcount = 10;
  stringlen = 1000;

var
   finished : longint;

threadvar
   thri : ptrint;

function f(p : pointer) : ptrint;
var
  s : ansistring;
begin
  Writeln('wątek ',longint(p),' uruchomiony');
  thri:=0;
  while (thri<stringlen) do begin
    s:=s+'1'; { stwórz opóźnienie }
    writeln('wątek ',longint(p),' zmienna thri ',thri,' Długość(s)= ',length(s));
	  inc(thri);
  end;
  Writeln('wątek ',longint(p),' zakończony');
  InterLockedIncrement(finished);
  f:=0;
end;


var
   i : longint;

Begin
   finished:=0;
   for i:=1 to threadcount do
     BeginThread(@f,pointer(i));
   while finished<threadcount do ;
   Writeln(finished);
End.

Klasa TThread

Poniższy przykład można znaleźć w katalogu examples/multithreading/.

Aby utworzyć aplikację wielowątkową, najłatwiej jest użyć klasy TThread. Ta klasa pozwala w prosty sposób stworzyć dodatkowy wątek (obok głównego wątku). Zwykle wymagane jest przesłonięcie tylko dwóch metod: konstruktora Create i metody Execute.

W konstruktorze przygotujesz wątek do uruchomienia. Ustawisz początkowe wartości dla zmiennych lub właściwości, których potrzebujesz. Oryginalny konstruktor TThread wymaga parametru o nazwie Suspended. Jak można się spodziewać, ustawienie Suspended = True zapobiegnie automatycznemu uruchomieniu wątku po utworzeniu. Jeśli Suspended = False, wątek zacznie działać zaraz po utworzeniu. Jeśli wątek zostanie utworzony jako zawieszony, zostanie uruchomiony dopiero po wywołaniu metody Start.

Note-icon.png

Uwaga: Metoda Resume jest przestarzała od FPC 2.4.4. Została zastąpiona przez metodę Start.

Począwszy od wersji FPC 2.0.1 i nowszych, TThread.Create ma również niejawny parametr dla rozmiaru stosu. W razie potrzeby możesz teraz zmienić domyślny rozmiar stosu każdego utworzonego wątku. Dobrym przykładem są głębokie rekurencje wywołań procedur w wątku. Jeśli nie określisz parametru rozmiaru stosu, zostanie użyty domyślny rozmiar stosu systemu operacyjnego.

W zastąpionej metodzie Execute napisz kod, który będzie uruchamiany w wątku.

Klasa TThread ma jedną ważną właściwość: Terminated : boolean;

Jeśli wątek ma pętlę (i jest to typowe), pętla powinna zostać zakończona, gdy Terminated ma wartość true (domyślnie jest to false). W każdym przebiegu należy sprawdzić wartość Terminated, a jeśli jest prawdziwa, pętla powinna zostać zakończona tak szybko, jak to konieczne, po każdym koniecznym czyszczeniu. Należy pamiętać, że metoda Terminate domyślnie nic nie robi: metoda .Execute musi jawnie zaimplementować obsługę, aby zakończyć swoje zadanie. Metoda Terminate domyślnie ustawia jedynie właściwość Terminated na wartość True.

Jak wyjaśniliśmy wcześniej, wątek nie powinien wchodzić w interakcje z widocznymi komponentami. Aktualizacje widocznych komponentów muszą być dokonywane w kontekście głównego wątku.

Aby to zrobić, istnieje metoda TThread o nazwie Synchronize. Synchronize wymaga metody w wątku (która nie przyjmuje parametrów) jako argumentu. Po wywołaniu tej metody za pomocą Synchronize(@MyMethod) wykonanie wątku zostanie wstrzymane, kod MyMethod zostanie wywołany z głównego wątku, a następnie zostanie wznowione wykonywanie wątku.

Dokładne działanie metody Synchronize zależy od platformy, ale zasadniczo wykonuje ona:

  • wysyła wiadomość do głównej kolejki wiadomości i zasypia
  • ostatecznie główny wątek przetwarza wiadomość i wywołuje MyMethod. W ten sposób MyMethod jest wywoływana bez kontekstu, co oznacza, że ​​nie wykonuje się podczas zdarzenia wciśnięcia myszy lub podczas malowania, ale po.
  • po wykonaniu przez główny wątek MyMethod, budzi ona uśpiony wątek i przetwarza następną wiadomość
  • następnie wątek jest kontynuowany.

Jest jeszcze jedna ważna właściwość TThread: FreeOnTerminate. Jeśli ta właściwość ma wartość true, obiekt wątku jest automatycznie zwalniany po zatrzymaniu wykonywania wątku (metoda .Execute). W przeciwnym razie aplikacja będzie musiała zwolnić ją ręcznie.

Przykład:

  Type
    TMyThread = class(TThread)
    private
      fStatusText : string;
      procedure ShowStatus;
    protected
      procedure Execute; override;
    public
      Constructor Create(CreateSuspended : boolean);
    end;
  constructor TMyThread.Create(CreateSuspended : boolean);
  begin
    inherited Create(CreateSuspended);
    FreeOnTerminate := True;
  end;

  procedure TMyThread.ShowStatus;
  // ta metoda jest wykonywana przez główny wątek i dlatego może uzyskać dostęp do wszystkich elementów GUI.
  begin
    Form1.Caption := fStatusText;
  end;
 
  procedure TMyThread.Execute;
  var
    newStatus : string;
  begin
    fStatusText := 'TMyThread Starting...';
    Synchronize(@Showstatus);
    fStatusText := 'TMyThread Running...';
    while (not Terminated) and ([inne wymagane warunki]) do
      begin
        ...
        [tutaj jest kod głównej pętli wątku]
        ...
        if NewStatus <> fStatusText then
          begin
            fStatusText := newStatus;
            Synchronize(@Showstatus);
          end;
      end;
  end;

W aplikacji:

  var
    MyThread : TMyThread;
  begin
    MyThread := TMyThread.Create(True); // W ten sposób nie uruchamia się automatycznie
    ...
    [Tutaj kod inicjuje wszystko, co jest wymagane, zanim wątki zaczną się wykonywać]
    ...
    MyThread.Start;
  end;

Jeśli chcesz, aby Twoja aplikacja była bardziej elastyczna, możesz utworzyć zdarzenie dla wątku; w ten sposób Twoja zsynchronizowana metoda nie będzie ściśle powiązana z określoną formą lub klasą: możesz dołączyć detektory do zdarzenia wątku. Oto przykład:

  Type
    TShowStatusEvent = procedure(Status: String) of Object;

    TMyThread = class(TThread)
    private
      fStatusText : string;
      FOnShowStatus: TShowStatusEvent;
      procedure ShowStatus;
    protected
      procedure Execute; override;
    public
      Constructor Create(CreateSuspended : boolean);
      property OnShowStatus: TShowStatusEvent read FOnShowStatus write FOnShowStatus;
    end;

  constructor TMyThread.Create(CreateSuspended : boolean);
  begin
    inherited Create(CreateSuspended);
    FreeOnTerminate := True;
  end;

  procedure TMyThread.ShowStatus;
  // ta metoda jest wykonywana przez główny wątek i dlatego może uzyskać dostęp do wszystkich elementów GUI.
  begin
    if Assigned(FOnShowStatus) then
    begin
      FOnShowStatus(fStatusText);
    end;
  end;

  procedure TMyThread.Execute;
  var
    newStatus : string;
  begin
    fStatusText := 'TMyThread Starting...';
    Synchronize(@Showstatus);
    fStatusText := 'TMyThread Running...';
    while (not Terminated) and ([inne wymagane warunki]) do
      begin
        ...
        [tutaj jest kod głównej pętli wątku]
        ...
        if NewStatus <> fStatusText then
          begin
            fStatusText := newStatus;
            Synchronize(@Showstatus);
          end;
      end;
  end;

W aplikacji:

  Type
    TForm1 = class(TForm)
      Button1: TButton;
      Label1: TLabel;
      procedure FormCreate(Sender: TObject);
      procedure FormDestroy(Sender: TObject);
    private
      { private declarations }
      MyThread: TMyThread; 
      procedure ShowStatus(Status: string);
    public
      { public declarations }
    end;

  procedure TForm1.FormCreate(Sender: TObject);
  begin
    inherited;
    MyThread := TMyThread.Create(true);
    MyThread.OnShowStatus := @ShowStatus;
  end;

  procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
  begin
    MyThread.Terminate;

    // FreeOnTerminate ma wartość true więc nie powinniśmy pisać:
    // MyThread.Free;
    inherited;
  end;

  procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
  begin
   MyThread.Start;
  end;

  procedure TForm1.ShowStatus(Status: string);
  begin
    Label1.Caption := Status;
  end;

Ważne rzeczy, na które trzeba zwrócić uwagę

Kontrola stosu w systemie Windows

Może wystąpić potencjalny problem w systemie Windows, jeśli używasz przełącznika -Ct (sprawdzanie stosu). Z powodów, które nie są do końca jasne, sprawdzanie stosu będzie „wyzwalane” z każdym wywołaniem TThread.Create, jeśli używasz domyślnego rozmiaru stosu. W tej chwili jedynym rozwiązaniem jest po prostu nieużywanie przełącznika -Ct. Zauważ, że NIE powoduje to wyjątku w głównym wątku, ale w nowo utworzonym. To „wygląda” tak, jakby wątek nigdy nie został uruchomiony.

Poprawny kod do sprawdzenia tego i innych wyjątków, które mogą wystąpić podczas tworzenia wątków, to:

MyThread := TThread.Create(False);

if Assigned(MyThread.FatalException) then
  raise MyThread.FatalException;

Ten kod zapewni, że każdy wyjątek, który wystąpił podczas tworzenia wątku, zostanie zgłoszony w głównym wątku.

Wielowątkowość w pakietach

Pakiety korzystające z wielowątkowości powinny dodawać flagę -dUseCThreads do dodatkowo używanych opcji. Otwórz edytor pakietów, a następnie Opcje > Użycie > Dodatkowe i dodaj -dUseCThreads. Spowoduje to zdefiniowanie tej flagi dla wszystkich projektów i pakietów korzystających z tego pakietu, w tym IDE. IDE i wszystkie nowe aplikacje utworzone przez IDE mają już następujący kod w swoim pliku .lpr:

uses
  {$IFDEF UNIX}{$IFDEF UseCThreads}
  cthreads,
  cmem, // Menedżer pamięci c jest w niektórych systemach znacznie szybszy w przypadku wielowątkowości
  {$ENDIF}{$ENDIF}

Moduł Heaptrc

Nie można używać przełącznika -gh z modułem cmem. Przełącznik -gh używa modułu heaptrc, który rozszerza menedżer stosu. Dlatego moduł heaptrc musi być używany after module cmem.

uses
  {$IFDEF UNIX}{$IFDEF UseCThreads}
  cthreads,
  cmem, // Menedżer pamięci c jest w niektórych systemach znacznie szybszy w przypadku wielowątkowości
  {$ENDIF}{$ENDIF}
  heaptrc,

Initialization and Finalization

Aby zainicjować sam obiekt wątku, możesz uruchomić go w trybie zawieszenia i ustawić jego właściwości i/lub utworzyć nowy konstruktor i wywołać odziedziczony konstruktor.

Uwaga: Używanie AfterConstruction, gdy CreateSuspended=false jest niebezpieczne, ponieważ wątek już zaczął działać.

Z drugiej strony, destruktor może służyć do finalizowania zasobów obiektu.

type
  TMyThread = class(TThread)
  private
    fRTLEvent: PRTLEvent;
  public
    procedure Create(SomeData: TSomeObject); override;
    destructor Destroy; override;
  end;

procedure TMyThread.Create(SomeData: TSomeObject; CreateSuspended: boolean);
begin
  // przykład: skonfiguruj zdarzenia, sekcje krytyczne i inne zasoby, takie jak pliki lub połączenia z bazami danych
  RTLEventCreate(fRTLEvent);
  inherited Create(CreateSuspended);
end;

destructor TMyThread.Destroy;
begin
  RTLeventDestroy(fRTLEvent);
  inherited Destroy;
end;

Program bez LCL

TThread.Synchronize wymaga, aby główny wątek regularnie wywoływał CheckSynchronize. LCL robi to w swojej pętli. Jeśli nie używasz pętli zdarzeń LCL, musisz ją wywołać samodzielnie.

Wsparcie dla SMP

Dobrą wiadomością jest to, że jeśli Twoja aplikacja działa poprawnie wielowątkowo, to w ten sposób, jest już włączona obsługa SMP, czyli przetwarzanie wątków przez wiele procesorów!

Debugowanie aplikacji wielowątkowych w Lazarusie

Debugowanie na Lazarusie wymaga GDB i szybko staje się coraz bardziej funkcjonalne i stabilne. Jednak nadal istnieje kilka dystrybucji Linuksa z pewnymi problemami.

Wyjście debuggera

W jednowątkowej aplikacji możesz po prostu pisać do konsoli/terminala/gdziekolwiek, a kolejność wierszy jest taka sama, jak zostały one napisane. W aplikacjach wielowątkowych sprawy są bardziej skomplikowane. Jeśli dwa wątki piszą, w taki sposób, że jakiś wiersz jest zapisywany przez wątek A przed wierszem przez wątek B, to wiersze niekoniecznie są zapisywane w tej kolejności. Może się nawet zdarzyć, że wątek zapisuje swoje wyjście, w tym samy czasie gdy drugi wątek zapisuje linię. W tej sytuacji pod Linuksem (być może) otrzymasz poprawne wyjście DebugLn(), a pod win32 możesz otrzymać wyjątek (prawdopodobnie DiskFull) z powodu użycia DebugLn() poza głównym wątkiem. Tak więc, aby uniknąć bólów głowy, użyj DebugLnThreadLog() wspomnianego poniżej.

Moduł LCLProc zawiera kilka funkcji, które pozwalają każdemu wątkowi zapisywać do własnego pliku dziennika:

  procedure DbgOutThreadLog(const Msg: string); overload;
  procedure DebuglnThreadLog(const Msg: string); overload;
  procedure DebuglnThreadLog(Args: array of const); overload;
  procedure DebuglnThreadLog; overload;

Na przykład: Zamiast writeln('Jakiś tekst', 123); użyj

 DebuglnThreadLog(['Jakiś tekst ',123]);

Spowoduje to dodanie linii 'Jakiś tekst 123' do Log<PID>.txt, gdzie <PID> jest identyfikatorem procesu bieżącego wątku.

Dobrym pomysłem jest usunięcie plików dziennika przed każdym uruchomieniem:

 rm -f Log* && ./project1

Linux

Jeśli spróbujesz debugować aplikację wielowątkową w systemie Linux, będziesz miał jeden duży problem: Menedżer pulpitu na serwerze X może się zawiesić. Dzieje się tak na przykład, gdy aplikacja przechwyciła mysz/klawiaturę i została zatrzymana przez gdb, a serwer X czeka na twoją aplikację. Kiedy tak się stanie, możesz po prostu zalogować się z innego komputera i zabić gdb lub wyjść z tej sesji, naciskając CTRL+ALT+F3 i zabić gdb. Alternatywnie możesz ponownie uruchomić menedżera okien: wpisz sudo /etc/init.d/gdm restart. Spowoduje to ponowne uruchomienie menedżera pulpitu i powrót do pulpitu.

Ponieważ zależy to od tego, gdzie gdb zatrzymuje twój program, w niektórych przypadkach mogą pomóc pewne sztuczki: dla Ubuntu x64 ustaw opcje projektu do debugowania wymaganego dodatkowego pliku informacyjnego...

 Projekt -> Opcje projektu -> Opcje kompilatora -> Odpluskwianie, i zaznacz: Use external gdb debug symbols file (-Xg).

Inną opcją jest otwarcie innego pulpitu X, uruchomienie IDE/gdb na jednym i aplikacji na drugim, tak aby zawieszał się tylko pulpit testowy. Utwórz nową instancję X za pomocą:

 X :1 &

Gdy pulpit się otworzy, możesz przełączyć się na inny pulpit (ten, z którym pracujesz, naciskając CTRL + ALT + F7), będziesz mógł wrócić do nowego pulpitu graficznego za pomocą CTRL + ALT + F8 (jeśli ta kombinacja nie działa, spróbuj z CTRL + ALT + F2 ... ta kombinacja klawiszy działała w Slackware).

Następnie możesz, jeśli chcesz, utworzyć sesję pulpitu na X, za pomocą polecenia:

 gnome-session --display=:1 &

Następnie w Lazarusie w oknie dialogowym parametrów uruchamiania projektu (Uruchom -> Uruchom z parametrami -> Ekran) zaznacz opcję „Użyj ekranu” i wpisz :1.

Teraz aplikacja będzie działać na drugim serwerze X i będziesz mógł ją debugować na pierwszym.

Zostało to przetestowane z Free Pascal 2.0 i Lazarus 0.9.10 w systemie Linux.


Zamiast tworzyć nową sesję X, można użyć Xnest. Xnest to sesja X w oknie. Korzystanie z niego sprawia, że X serwer nie blokuje się podczas debugowania wątków i jest znacznie łatwiej debugować bez konieczności zmiany terminali.

Linia poleceń do uruchomienia Xnest to

 Xnest :1 -ac

tworzy sesję X na :1 i wyłącza kontrolę dostępu.

Interfejsy widżetów Lazarusa

Win32, gtk i interfejsy carbon obsługują wielowątkowość. Oznacza to, że działają tu TThread, krytyczne sekcje i Synchronize. Ale nie są bezpieczne wątkowo. To znaczy, że tylko jeden wątek na raz może uzyskać dostęp do LCL. Ponieważ główny wątek nigdy nie powinien czekać na kolejny wątek, to sprawia, że tylko wątek główny może uzyskać dostęp do LCL, czyli do wszystkiego, co ma związek z uchwytami TControl, Application i widgetów LCL. W LCL jest kilka funkcji bezpiecznych dla wątków. Na przykład większość funkcji w module FileUtil jest bezpieczna wątkowo.

Użycie SendMessage/PostMessage do komunikacji pomiędzy wątkami

Tylko jeden wątek w aplikacji powinien wywoływać interfejsy API LCL, zwykle wątek główny. Inne wątki mogą korzystać z LCL za pomocą wielu metod pośrednich, jedną z dobrych opcji jest użycie SendMessage lub PostMessage. LCLIntf.SendMessage i LCLIntf.PostMessage wyślą wiadomość skierowaną do okna w puli wiadomości aplikacji.

Zobacz także dokumentację tych procedur:

Różnica między SendMessage i PostMessage polega na sposobie, w jaki zwracają kontrolę do wątku wywołującego. Podobnie jak dla Synchronize, w SendMessage bloki i kontrola nie są zwracane, dopóki okno, do którego wiadomość została wysłana, nie skończy jej przetwarzać; jednak w pewnych okolicznościach SendMessage może próbować zoptymalizować przetwarzanie, pozostając w kontekście wątku, który go wywołał. Dzięki PostMessage kontrola jest zwracana natychmiast do określonej przez system maksymalnej liczby umieszczonych w kolejce wiadomości i tak długo, jak na stercie pozostaje miejsce na dołączane dane.

W obu przypadkach procedura obsługująca komunikat (patrz niżej) powinna unikać wywoływania application.ProcessMessages, ponieważ może to spowodować wysłanie drugiego komunikatu, który zostanie obsłużony ponownie. Jeśli jest to nieuniknione, prawdopodobnie lepiej byłoby użyć innego mechanizmu do przesyłania serializowanych zdarzeń między wątkami.

Oto przykład, w jaki wątek dodatkowy może wysłać tekst, który ma być wyświetlany w kontrolce LCL do wątku głównego:

const
  WM_GOT_ERROR           = LM_USER + 2004;
  WM_VERBOSE             = LM_USER + 2005;

procedure VerboseLog(Msg: string);
var
  PError: PChar;
begin
  if MessageHandler = 0 then Exit;
  PError := StrAlloc(Length(Msg)+1);
  StrCopy(PError, PChar(Msg));
  PostMessage(formConsole.Handle, WM_VERBOSE, Integer(PError), 0);
end;

I przykład, jak obsłużyć tę wiadomość z okna:

const
  WM_GOT_ERROR           = LM_USER + 2004;
  WM_VERBOSE             = LM_USER + 2005;

type
  { TformConsole }

  TformConsole = class(TForm)
    DebugList: TListView;
    // ...
  private
    procedure HandleDebug(var Msg: TLMessage); message WM_VERBOSE;
  end;

var
  formConsole: TformConsole;

implementation

....

{ TformConsole }

procedure TformConsole.HandleDebug(var Msg: TLMessage);
var
  Item: TListItem;
  MsgStr: PChar;
  MsgPasStr: string;
begin
  MsgStr := PChar(Msg.wparam);
  MsgPasStr := StrPas(MsgStr);
  Item := DebugList.Items.Add;
  Item.Caption := TimeToStr(SysUtils.Now);
  Item.SubItems.Add(MsgPasStr);
  Item.MakeVisible(False);

// Po którym następuje coś takiego

  TrayControl.SetError(MsgPasStr);
  StrDispose(MsgStr)
end;

end.

Sekcje krytyczne

Sekcja krytyczna to obiekt służący do upewnienia się, że jakaś część kodu jest wykonywana tylko przez jeden wątek na raz. Sekcja krytyczna musi zostać utworzona/zainicjowana, zanim będzie można jej użyć i zwolniona, gdy nie będzie już potrzebna.

Sekcje krytyczne zwykle są używane w ten sposób:

Deklaracja sekcji (globalnie dla wszystkich wątków, które powinny mieć dostęp do tej sekcji):

 MyCriticalSection: TRTLCriticalSection;

Utworzenie sekcji:

 InitializeCriticalSection(MyCriticalSection);

Uruchomienie kilka wątków. Robienie czegoś na wyłączność:

EnterCriticalSection(MyCriticalSection);
try
  // uzyskaj dostęp do zmiennych, zapisz pliki, wyślij pakiety sieciowe itp.
finally
  LeaveCriticalSection(MyCriticalSection);
end;

Po zakończeniu wszystkich wątków zwolnij sekcję krytyczną:

 DeleteCriticalSection(MyCriticalSection);

Alternatywnie możesz użyć obiektu TCriticalSection. Inicjalizację wykonujemy przez jego utworzenie, metoda Enter wykonuje EnterCriticalSection, metoda Leave wykonuje LeaveCriticalSection, a zniszczenie obiektu powoduje jego usunięcie.

Należy zauważyć, że sekcja krytyczna nie chroni przed wprowadzeniem tego samego wątku do tego samego bloku kodu, tylko przed różnymi wątkami. Z tego powodu nie może służyć do ochrony m.in. przed ponownym wprowadzeniem do programu obsługi wiadomości (patrz sekcja wyżej).

Na przykład: 5 wątków zwiększających licznik. Zobacz lazarus/examples/multithreading/criticalsectionexample1.lpi

Warning-icon.png

Ostrzeżenie: Istnieją dwa zestawy powyższych czterech funkcji. Znajdują się w RTL i LCL. Te w LCL są zdefiniowane w modułach LCLIntf i LCLType. Oba działają prawie tak samo. Możesz używać obu jednocześnie w swojej aplikacji, ale nie powinieneś używać funkcji RTL w sekcji krytycznej LCL i na odwrót.

Współdzielenie zmiennych

Jeśli niektóre wątki współdzielą zmienną, która jest tylko do odczytu, nie ma się czym martwić. Po prostu odczytaj jej wartość. Ale jeśli jeden lub kilka wątków zmienia wartość zmiennej, to musisz upewnić się, że tylko jeden wątek ma dostęp do tej zmiennej w danej chwili.

Na przykład: 5 wątków zwiększających licznik. Zobacz lazarus/examples/multithreading/criticalsectionexample1.lpi

Oczekiwanie na inny wątek

Jeśli wątek A potrzebuje wyniku innego wątku B, musi on poczekać, aż B zakończy pracę.

Ważne: Główny wątek nigdy nie powinien czekać na kolejny wątek. Zamiast tego użyj opcji Synchronizuj (patrz wyżej).

Zobacz przykład: lazarus/examples/multithreading/waitforexample1.lpi

{ TThreadA }

procedure TThreadA.Execute;
begin
  Form1.ThreadB:=TThreadB.Create(false);
  // Utwórz zdarzenie
  WaitForB:=RTLEventCreate;
  while not Application.Terminated do begin
    // czekaj w nieskończoność (aż B obudzi A)
    RtlEventWaitFor(WaitForB);
    writeln('A: ThreadB.Counter='+IntToStr(Form1.ThreadB.Counter));
  end;
end;

{ TThreadB }

procedure TThreadB.Execute;
var
  i: Integer;
begin
  Counter:=0;
  while not Application.Terminated do begin
    // B: Pracuje ...
    Sleep(1500);
    inc(Counter);
    // wybudza A
    RtlEventSetEvent(Form1.ThreadA.WaitForB);
  end;
end;
Note-icon.png

Uwaga: RtlEventSetEvent można wywołać przed RtlEventWaitFor. Wtedy RtlEventWaitFor natychmiast powróci. Użyj RLeventResetEvent, aby wyczyścić flagę.

Wątek potomny, rozwidlenie (fork)

Podczas rozwidlenia w aplikacji wielowątkowej należy pamiętać, że wszelkie wątki utworzone i uruchomione PRZED wywołaniem fork (lub fpFork) NIE będą uruchomione w procesie potomnym. Jak stwierdzono na stronie podręcznika fork(), wszelkie wątki, które działały przed wywołaniem fork, będą miały stan niezdefiniowany.

Należy więc pamiętać o wszelkich wątkach inicjujących się przed wywołaniem fork (w tym w sekcji inicjowania). NIE będą działać.

Procedury/pętle równoległe

Szczególnym przypadkiem wielowątkowości jest równoległe uruchamianie pojedynczej procedury. Zobacz Procedury równoległe.

Obliczenia rozproszone

Następnym wyższym krokiem po wielowątkowości jest uruchamianie wątków na wielu komputerach.

  • Do komunikacji można użyć jednego z pakietów TCP, takich jak synapse, lnet lub indy. Daje to maksymalną elastyczność i jest używane głównie w przypadku luźno połączonych aplikacji Klient/Serwer.
  • Możesz użyć bibliotek przekazujących komunikaty, takich jak MPICH, które są używane do HPC (High Performance Computing) w klastrach.

Wątki zewnętrzne

Aby system wątków Free Pascal działał poprawnie, każdy nowo utworzony wątek FPC musi zostać zainicjowany (dokładniej muszą być zainicjowane: wyjątek, system I/O i system zmiennych dla wątków, aby działały zmienne wątków i stos). Jest to wykonywane w pełni automatycznie, jeśli używasz BeginThread (lub pośrednio za pomocą klasy TThread). Jeśli jednak używasz wątków, które zostały utworzone bez BeginThread (tj. wątków zewnętrznych), może być wymagana dodatkowa praca (obecnie). Wątki zewnętrzne obejmują również te, które zostały utworzone w zewnętrznych bibliotekach C (.DLL/.so).

Kwestie do rozważenia podczas korzystania z wątków zewnętrznych (mogą nie być potrzebne we wszystkich lub przyszłych wersjach kompilatora):

  • Nie używaj w ogóle wątków zewnętrznych - używaj wątków FPC. Jeśli możesz uzyskać kontrolę nad sposobem tworzenia wątku, utwórz wątek samodzielnie za pomocą BeginThread.

Jeśli konwencja wywoływania nie pasuje (np. jeśli oryginalna funkcja wątku wymaga konwencji wywoływania cdecl, ale BeginThread wymaga konwencji Pascala, utwórz rekord, w którym przechowasz oryginalną wymaganą funkcję wątku i wywołaj tę funkcję w funkcji wątku Pascala:

type
 TCdeclThreadFunc = function (user_data:Pointer):Pointer;cdecl;

 PCdeclThreadFuncData = ^TCdeclThreadFuncData;
 TCdeclThreadFuncData = record
   Func: TCdeclThreadFunc;  //funkcja cdecl
   Data: Pointer;           //oryginalne dane
 end;

// Wątek Pascala wywołuje funkcję cdecl
function C2P_Translator(FuncData: pointer) : ptrint;
var
  ThreadData: TCdeclThreadFuncData;
begin
  ThreadData := PCdeclThreadFuncData(FuncData)^;
  Result := ptrint(ThreadData.Func(ThreadData.Data));
end;

procedure CreatePascalThread;
var
  ThreadData: PCdeclThreadFuncData;
begin
  New(ThreadData);
  // to jest pożądana funkcja wątku cdecl
  ThreadData^.Func := func;
  ThreadData^.Data := user_data;
  // to tworzy wątek Pascala
  BeginThread(@C2P_Translator, ThreadData );
end;
  • Zainicjuj system wątków FPC, tworząc fikcyjny wątek. Jeśli nie utworzysz żadnego wątku Pascala w swojej aplikacji, system wątków nie zostanie zainicjowany (a zatem zmienne wątków nie będą działać, a zatem i stos nie będzie działać poprawnie).
type
   tc = class(tthread)
     procedure execute;override;
   end;

   procedure tc.execute;
   begin
   end;

{ main program } 
begin
  { zainicjować system wątków }
   with tc.create(false) do
   begin
     waitfor;
     free;
   end;
   { ... Twój kod wykonywany dalej } 
end.

(Po zainicjowaniu systemu wątków środowisko wykonawcze może ustawić zmienną systemową „IsMultiThread” na wartość true, która jest używana przez procedury FPC do wykonywania blokad tu i tam. Nie należy ustawiać tej zmiennej ręcznie.)

  • Jeśli z jakiegoś powodu to nie działa, wypróbuj ten kod w funkcji wątku zewnętrznego:
function ExternalThread(param: Pointer): LongInt; stdcall;
var
  tm: TThreadManager;
begin
  GetThreadManager(tm);
  tm.AllocateThreadVars;
  InitThread(1000000); // dostosuj tutaj początkowy rozmiar stosu
  
  { zrób tutaj coś w wątku ... }
    
  Result:=0;
end;

Identyfikacja wątków zewnętrznych

Czasami nawet nie wiesz, czy masz do czynienia z wątkami zewnętrznymi (np. czy jakaś biblioteka C wykonuje wywołanie zwrotne). To może pomóc w analizie takiej sytuacji:

1. Zapytaj system operacyjny o identyfikator bieżącego wątku podczas uruchamiania aplikacji

GetCurrentThreadID() //windows;
GetThreadID() //Darwin/macOS;  
TThreadID(pthread_self) //Linux;

2. Zapytaj ponownie o identyfikator bieżącego wątku wewnątrz funkcji wątku i porównaj to z wynikiem kroku 1.

Dodawanie opóźnień czasowych

ThreadSwitch()

Note-icon.png

Uwaga: Nie używaj sztuczki z uśpieniem w Windows Sleep(0) ponieważ nie będzie to działać na wszystkich platformach.

Zobacz także