网络程序设计-第六章.ppt

1第第6 6章章 WinsockWinsock的多线程编程的多线程编程WinSock为什么需要多线程编程为什么需要多线程编程6.1Win32操作系统下的多进程多线程机制操作系统下的多进程多线程机制6.2VC+6.0对多线程网络编程的支持对多线程网络编程的支持6.36.1.1 WinSock的两种输入输出模式的两种输入输出模式 n“阻塞”模式，又称为同步模式，执行I/O操作完成前会一直进行等待，不会将控制权交给程序，工作在“阻塞”模式的套接字称为阻塞套接字。l套接字默认为阻塞模式。l可以通过多线程技术进行处理。n“非阻塞”模式，又称为异步模式，执行I/O操作时，Winsock函数会返回并交出控制权。工作在“非阻塞”模式下的套接字称为非阻塞套接字。l使用 起来比较复杂，因为函数在没有运行完成就进行返回，会不断地返回WSAEWOULDBLOCK错误，但功能强大。2WinSock为什么需要多线程编程为什么需要多线程编程6.13l在大多数情况下，非阻塞模式调用都会失败，返回一个WSAEWOULDBLOCK错误，表示操作的条件尚不具备，但又不允许等待完成请求的操作。l非阻塞模式下会频繁返回错误，应仔细检查返回代码；并且在不成功的情况下不应反复轮询.n“非阻塞”模式6.1.2 两种模式的优缺点及解决方法两种模式的优缺点及解决方法n“阻塞”与“非阻塞”模式各有其优点和缺点。n阻塞套接字的I/O操作工作情况比较确定，无非是调用、等待、返回。大部分情况下，I/O操作都能成功地完成，不过就是花费了等待的时间l因而比较容易使用，容易编程；l但在应付诸如需要建立多个套接字连接来为多个客户服务的时候，或在数据的收发量不均匀的时候，或在输入输出的时间不确定的时候，却显得性能低下，甚至无能为力。4n使用非阻塞套接字，需要编写更多的代码，因为必须恰当地把握调用I/O函数的时机，尽量减少无功而返的调用，还必须详加分析每个Winsock调用中收到的WSAEWOULDBLOCK错误，采取相应的对策。l这种I/O操作的随机性使得非阻塞套接字显得难于操作。n所以，我们必须采取一些适当的对策，克服这两种模式的缺点，让阻塞和非阻塞套接字能够满足各种场合的要求。l对于非阻塞的套接字工作模式，进一步引入了五种“套接字I/O模型”。l对于阻塞的套接字工作模式，则进一步引入了多线程机制。56.2.1 Win32 OS是单用户多任务的操作系统是单用户多任务的操作系统n最早的DOS是单用户单任务的。n后来发展到图形界面的Windows，发展到Windows 95，Windows 98，就都支持多任务了。n从Windows NT起，Windows操作系统更是发展成了一个真正的抢占式多任务操作系统。l一个运行中的应用进程实例，就是一个进程。l一个基于Win32的应用程序可以包含一个或多个进程。Win32操作系统下的多进程多线程机制操作系统下的多进程多线程机制6.266.2.2 Win32 OS是支持多线程的操作系统是支持多线程的操作系统nWin32操作系统还支持同一进程的多线程。在一个Windows进程内，可以包含多个线程。n一个线程(thread)是进程内的一条执行路径，具体地说，是一个应用程序中的一条可执行路径，往往是应用程序中的一个或多个函数。n一个进程中至少要有一个线程，习惯将它称为主线程。n任何一个应用程序进程都有一个主线程。一般C程序中的Main或WinMain函数就规定了主线程的执行代码。786.2.2 Win32 OS是支持多线程的操作系统是支持多线程的操作系统n当你启动了一个应用程序时，操作系统在为它创建了进程之后，也创建了该进程的主线程，并根据Main或WinMain函数的地址，开始执行该进程的主线程。n主线程可以创建并启动其他辅助线程。n由主线程创建的线程又可以创建并启动更多的线程。l线程的代码执行完毕时会自动终止，并将占用的资源释放给进程；l进程的所有线程都终止时，进程也就终止了，并会将占用的资源释放给操作系统。n一个线程需要占用一定的系统资源，一类是此线程专用的，另一类则是与进程的其他线程共享的。n线程是进程中相对独立的执行单位，也是Win32操作系统中可调度的最小的执行单位。n多个进程中的多个线程并发地执行。n对于拥有多个处理机的计算机系统，调度程序可以将不同的线程安排到不同的处理机上去运行，一方面平衡了CPU的负载，另一方面也提高了系统的运行效率。96.2.2 Win32 OS是支持多线程的操作系统是支持多线程的操作系统6.2.3 多线程机制在网络编程中的应用多线程机制在网络编程中的应用n如果一个应用程序，有多个任务需要同时进行处理，那就最适合使用多线程机制。l对于网络上客户机软件，采用多线程的编程技术，能克服在单线程的编程模式下，由于阻塞等待而产生的客户程序就不能及时响应用户的操作命令的问题。n利用Windows系统的多线程机制可以很好的解决这个问题。l将用户界面的处理放在主线程中，将数据的I/O、费时的计算、网络访问等放在辅助线程里。1011n网络上服务器软件应采用多线程的编程技术。网络上服务器软件应采用多线程的编程技术。l能更好地为多个客户服务。l可以执行许多后台处理，如数据库访问、安全验证、日志记录、事物处理等。n客客户户机机软软件件，采采用用多多线线程程机机制制也也能能大大大大提提高高应应用程序的运行效率。用程序的运行效率。l如东方快车、网络蚂蚁等文件下载软件，就采用了多线程机制，用多个线程同时下载一个文件的不同部分，大大加快了下载速度。n总之，多线程机制在网络编程中是大有作为总之，多线程机制在网络编程中是大有作为的。的。6.2.3 多线程机制在网络编程中的应用多线程机制在网络编程中的应用 VC+6.0为程序员提供了Windows应用程序的集成开发环境，在这个环境下，有两种开发程序的方法。既可以直接使用Win32 API来编写C风格的Win32应用程序，也可以利用MFC基础类库编写C+风格的应用程序。在这两种Windows应用程序的开发方式下，多线程的编程原理是一致的。12VC+6.0对多线程网络编程的支持对多线程网络编程的支持6.36.3.1 MFC支持的两种线程支持的两种线程 微软的基础类库MFC提供了对于多线程应用程序的支持。在MFC中，线程分为两种，一种是用户接口线程(user-interface thread)，或称用户界面线程；另一种是工作线程(the worker thread)，这两类线程可以满足不同任务的处理需求。131用户接口线程用户接口线程 用户接口线程通常用来处理用户输入产生的消息和事件，并独立地响应正在应用程序其它部分执行的线程产生的消息和事件，MFC特别地为用户接口线程提供了一个消息泵(a message pump)。用户接口线程包含一个消息处理的循环，以应对各种事件。在MFC应用程序中，所有的线程都是由CWinThread对象来表示的。CWinThread类(可以理解为C+的Windows 线程类)是用户接口线程的基类，CWinApp就是从CWinThread类派生出来的，我们在编写用户接口线程的时候，也需要从CWinThread类派生出自己的线程类，借助ClassWizard可以很容易地做这项工作。142工作线程工作线程 工作线程（the worker thread），适用于处理那些不要求用户输入并且比较消耗时间的其他任务。对用户来说，工作线程运行在后台。这就使得工作线程特别适合去等待一个事件的发生。CWinThread类同样是工作线程的基类，同样是由CWinThread对象来表示的。但在编写工作线程的时候，你甚至不必刻意地从CWinThread类派生出自己的线程类对象。你可以调用MFC框架的AfxBeginThread帮助函数，它会为你创建CWinThread对象。156.3.2 创建创建MFC的工作线程的工作线程 下面介绍利用MFC创建工作线程所必需的步骤。创建一个工作线程是一个相对简单的任务，只要经过两个步骤就能使你的工作线程运行：第一步是编程实现控制函数，第二步是创建并启动工作线程。一般不必从CWinThread派生一个类。当然，如果你需要一个特定版本的CWinThread类，也可以去派生；但对于大多数的工作线程是不要求的。你可以不作任何修改地使用CWinThread类。161 编编 程程 实实 现现 控控 制制 函函 数数(implementing the controlling function)一 个 工 作 线 程 对 应 一 个 控 制 函 数(the controlling function)。线程执行的任务都应编写在控制函数之中。控制函数规定了该线程的执行代码，所谓启动线程，实际就是开始运行它对应的控制函数，当控制函数执行结束而退出时，线程也就随之终止。编写实现工作线程的控制函数是创建工作线程的第一步。编写工作线程的控制函数必须遵守一定的格式，控制函数的原型声明是：UINT ControlFunctionName(LPVOID pParam);172创建并启动工作线程创建并启动工作线程(Starting the thread)在进程的主线程或其他线程中调用AfxBeginThread()函数就可以创建新的线程，并使新线程开始运行。一般将线程的创建者称为新线程的父线程。AfxBeginThread()函数是MFC提供的帮助函数，有两个重载的版本，区别在于使用的入口参数不同。一个用于创建并启动用户接口线程，一个用于创建并启动工作线程。要创建并启动你的工作线程，必须采用如下的调用格式：18CWinThread*AfxBeginThread(AFX_THREADPROC pfnThreadProc,LPVOID pParam,int pPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL,UINT nStackSize=0,DWORD dwCreateFlags=0,LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);193创建工作线程的例子创建工作线程的例子（1）编程实现线程控制函数。/首先定义了一个结构：struct int nN;/数组元素的个数。double*pD;/指向一个双精度实数的数组。myData;/然后定义了此结构类型的变量，对该变量初始化（对其成员变量赋值）的代码省略了。myData ss;20/接着定义线程的控制函数。UINT MyCalcFunc(LPVOID pParam)/如果入口参数为空指针，终止线程。if (pParam=NULL)AfxEndThread(MY_NULL_POINTER_ERROR);int nN=pParam-nN;/数组的元素个数。double*pD=pParam-pD;/指向数组的第一个元素。double sum=0;/数组元素之和。for(int i=0;iIsKindOf(RUNTIME_CLASS(CMyObject)return 1;/如果入口参数无效就返回。23/利用入口参数作某些事情。这是工作线程要完成的主要工作。return 0;/线程成功地完成并返回。（2）在程序的另一个函数中插入以下代码。.pNewObject=new CMyObject;AfxBeginThread(MyThreadProc,pNewObject);246.3.3 创建并启动用户界面线程创建并启动用户界面线程 创建并启动用户界面线程一般要经过三个步骤：第一步是从CWinThread类派生出自己的线程类；第二步是改造这个线程类，使它能够完成用户所希望的工作；第三步是创建并启动用户界面线程。1从从CWinThread类派生出自己的线程类类派生出自己的线程类要创建一个MFC的用户界面线程，所要做的第一件事就是从CWinThread类派生出自己的线程类，一般借助ClassWizard来做这项工作。252改造自己的线程类改造自己的线程类对这个派生的线程类作以下改造工作：（1）在 这 个 线 程 类 的.h头 文 件 中，使 用DECLARE_DYNCREATE宏来声明这个类；在用户线 程 类 的.CPP实 现 文 件 中，使 用IMPLEMENT_DYNCREATE宏来实现这个类。前者的调用格式是：DECLARE_DYNCREATE(class_name)，26 其中class_name是实际的类名。对一个从CObject类继承的类使用这个宏，会使得应用程序框架(framework)在运行时动态地生成该类的新对象。新线程是由主线程或其他线程在执行过程中创建的，都应支持动态创建，因为应用程序框架需要动态地创建它们。DECLARE_DYNCREATE宏应放在此类的.H文件中，并应在所有需要访问此类的对象的.CPP文件中加入包含这个文件的#include语句。27 （2）如果在一个类的宣布中使用了DECLARE_DYNCREATE宏，那就必须在这个类的.CPP实现文件中，使用IMPLEMENT_DYNCREATE宏。它的调用格式是：IMPLEMENT_DYNCREATE(class_name,base_class_name)参数是实际的线程类名和它的基类名。28（3）这个线程类必须重载它的基类(CWinThread类)的某些成员函数，如该类的InitInstance()成员函数；对于基类的其他成员函数，可以有选择地重载，也可以使用由CWinThread类提供的缺省函数。表7.1给出了相关的成员函数：（4）创建新的用户界面窗口类，如窗口，对话框，并添加所需要的用户界面控件，然后建立新建的线程类与这些用户界面窗口类的联系。（5）利用类向导，为新建的线程类添加控件成员变量，添加响应消息的成员函数，为它们编写实现的代码。经过以上步骤的改造，用户的线程类已经具备了完成用户任务的能力。293创建并启动用户界面线程创建并启动用户界面线程 要 创 建 并 启 动 用 户 界 面 线 程，可 以 使 用 MFC提 供 的 AfxBeginThread()函数的另一个版本，使用的调用格式是：CWinThread*AfxBeginThread(CRuntimeClass*pThreadClass,int pPriority=THREAD_PRIORITY_NORMAL,UINT nStackSize=0,DWORD dwCreateFlags=0,LPSECURITY_ATTTRIBUTES lpSecurityAttrs=NULL);304AfxBeginThread()函数所作的工作函数所作的工作 当进程的主线程或其他线程调用AfxBeginThread()函数来创建一个新的用户界面线程的时候，该函数做了许多工作。（1）它创建一个新的用户自己的线程类的对象，由于用户的线程类是从CWinThread类派生出来的，这个对象当然也继承了CWinThread类的属性。31（2）然后，MFC就自动调用新线程类中的InitInstance()函数，来初始化这个新的线程类对象实例。这是一个必须在用户派生的线程类中重载的函数，用户可在该函数中初始化线程，并分配任何需要的动态内存。如果初始化成功，InitInstance()函数应返回TRUE，线程就可以继续运行；如果初始化失败，比如内存申请失败，就返回FALSE，线程将停止执行，并释放所拥有的资源。（3）再调用CWinThread:CreateThread成员函数来开始执行这个线程，最终运行CWinThread:RUN函数，进入消息循环。32（4）函数返回一个指向新生成的CWinThread对象的指针，可以把它保存在一个变量中，其它线程就可以利用这个指针来访问该线程类的成员变量或成员函数。系统自动地为每一个线程创建一个消息队列（a message queue），如果线程创建了一个或多个窗口，就必须提供一个消息循环（a message loop），这个消息循环从线程的消息队列中获取消息，并把它们发送到相应的windows 过程（window procedures）。33 因为系统将消息导向独立的应用程序窗口，所以，在开始线程的消息循环之前，线程必须至少创建一个窗口，大多数基于Win32的应用程序包含一个单一的线程，该线程创建了若干窗口。一个典型的应用为它的主窗口注册了窗口类，创建并显示这个主窗口，并且启动它的消息循环，所有这一切都在WinMain函数中。346.3.4 终止线程终止线程1正常终止线程正常终止线程2提前终止线程提前终止线程3终止线程的另一种方法终止线程的另一种方法4获取线程的终止代码获取线程的终止代码5关于设置线程的优先级问题关于设置线程的优先级问题35