Threads/ru

From Lazarus wiki
Revision as of 05:59, 21 August 2020 by Zoltanleo (talk | contribs) (Thread synchronisation)

English (en) русский (ru)

Free Pascal поддерживает программирование потоков с процедурным и объектно-ориентированным интерфейсом, который в основном не зависит от платформы.

Официальная документация находится здесь: Programmer's guide chapter 10. Оно подробно описывает интерфейс процедурных потоков.

Объектно-ориентированный интерфейс TThread описан более полно на этой странице: Руководство по разработке многопоточного приложения

Заметки по процедурному управлению потоками

BeginThread возвращает дескриптор потока (handle) напрямую, а также возвращает идентификатор потока (ID) в качестве выходного параметра. В системах Posix дескрипторы потоков (handle) отсутствуют, поэтому копия идентификатора потока возвращается и как идентификатор (ID), и как дескриптор(handle). В Windows дескриптор потока (handle) используется для управления всеми потоками, а ID - это отдельное уникальное значение, используемое в качестве перечислителя потоков. Следовательно, независимо от платформы, дескриптор потока, возвращаемый BeginThread, соответствует ожиданиям всех других функций потоковой передачи RTL. (CloseThread, SuspendThread, WaitForThreadTerminate и т.д.)

GetCurrentThreadID возвращает конкретно идентификатор потока (ID), а не дескриптор (handle). Таким образом, хотя вы можете использовать это в системах Posix для вызова функций потоковой передачи RTL, в Windows это не сработает. Чтобы получить дескриптор (handle), вы можете использовать GetCurrentHandle или OpenThread в Windows API или сохранить дескриптор (handle), полученный от BeginThread.

Продолжительность жизни потока состоит из трех этапов:

  • Другой поток создает его, вызывая BeginThread.
  • Поток завершает свою работу, затем выходит из функции верхнего уровня; или завершает себя явным образом, вызывая EndThread; или прибивается другим потоком при вызове KillThread.
  • Другой поток обнаруживает, что поток завершен, и вызывает CloseThread для очистки.

CloseThread ничего не делает в системах Posix, но в Windows освобождает дескриптор потока (handle). Если программа продолжает создавать новые потоки, но не закрывает их, это является утечкой ресурсов и в крайних случаях может привести к нестабильности системы. Все дескрипторы (handle) освобождаются, когда программа завершается, но по-прежнему рекомендуется явно вызывать CloseThread, как только поток завершится. Возвращаемое значение CloseThread всегда равно 0 в Posix и ненулевое в Windows в случае успеха.

DoneThread и InitThread в системном модуле предназначены в первую очередь для внутреннего использования, игнорируйте их.

KillThread следует избегать, если это вообще возможно. Если поток блокирует механизм ручной синхронизации при завершении, любой другой поток, ожидающий реализации этого механизма, может остаться в ожидании навсегда.

SuspendThread и ResumeThread также опасны и даже не поддерживаются в системах Posix из-за аналогичных проблем с взаимоблокировкой. Кооперативная синхронизация - безопасная альтернатива (сами потоки периодически проверяют, получают ли они запрос на завершение работы).

ThreadGetPriority и ThreadSetPriority позволяют устанавливать приоритет потока от -15 (простоя) до +15 (критический) в Windows. В Posix эти функции еще не реализованы через процедурный интерфейс.

В модуле system есть функция GetCPUCount. Используйте ее, чтобы оценить во время выполнения, сколько параллельных потоков нужно создать.

Синхронизация потоков

Синхронизация используется для обеспечения безопасного доступа различных потоков или процессов к общим данным. Наиболее эффективные механизмы синхронизации предоставляются операционной системой; механизмы синхронизации FPC действуют как минимальная платформенно-нейтральная оболочка для механизмов операционной системы.

Собственные механизмы синхронизации потоков в модуле system это: критические секции, события RTL, семафоры, WaitForThreadTerminate. Их код можно найти в rtl/<arch>/cthreads.pp или rtl/<arch>/systhrd.inc.

Полностью межпроцессное взаимодействие требует более надежного решения, поскольку механизмов синхронизации потоков недостаточно. Для этого может подойти SimpleIPC.


Critical sections

The functions used are InitCriticalSection, EnterCriticalSection, LeaveCriticalSection, and DoneCriticalSection.

Critical sections are a co-operative code mutex, allowing only a single thread at a time into the protected code section, provided each thread enters and exits the section cleanly. This is a safe cross-platform way of protecting relatively small blocks of code.

Threads are only blocked from the section when they call EnterCriticalSection. If a thread is somehow able to get into the section without calling EnterCriticalSection, it is not blocked and the section remains unsafe. Threads are released into the critical section in FIFO order.

The critical section mutex has a lock counter. If a thread holding the critical section mutex calls EnterCriticalSection repeatedly, it must call LeaveCriticalSection an equal number of times to release the mutex. If a thread exits the section without calling LeaveCriticalSection, eg. due to an unhandled exception, the mutex remains locked and other threads waiting for it will be deadlocked.

Calling LeaveCriticalSection when the mutex is not locked causes an error on Posix systems, but on Windows it decrements the lock counter to below 0. Calling DoneCriticalSection while the mutex is still in use causes an error on Posix systems, but on Windows it just deadlocks any threads waiting on the mutex, though any thread already in the critical section is able to leave normally.


RTLevent

The functions used are RTLEventCreate, RTLEventSetEvent, RTLEventResetEvent, RTLEventWaitFor, and RTLEventDestroy.

RTL events are the preferred cross-platform synchronisation method. RTL events start out as unset. They block threads waiting for them; when the event is set, a single waiting thread is released (in FIFO order) and the event is immediately reset.

Due to platform differences, there is no way to directly query an event's current state. There is also no way to directly detect an event wait timeout, because any wait for the event causes an automatic state reset and waits do not have a return value.

If a thread starts to wait for an RTL event that has already been set, the wait completes immediately and the event is automatically reset. The event does not count how many times it has been set, so multiple sets are still cleared by a single reset. Be careful: if you have 8 threads starting to wait for a single RTL event, which will be set 8 times, threads may become deadlocked if anything clears multiple sets in one reset.

Destroying an RTL event while a thread is waiting for it does not release the thread. It is the programmer's responsibility to ensure no thread is waiting for the event when the event is destroyed.


Semaphores

Semaphores were Posix-only, and have been deprecated. They block threads waiting for them, and each SemaphorePost releases one waiting thread. Although semaphores are not available through the RTL, other implementations exist. (where?)


WaitForThreadTerminate

WaitForThreadTerminate blocks the current thread until the target thread has exited. The timeout parameter is ignored on Posix platforms, and the wait will never timeout.

WaitForSingleObject and WaitForMultipleObjects famously do not exist under Linux, so they're not good for cross-platform use. They can be of some use under Windows.