74954-1 (Потоки в Visual Basic)

Потоки в Visual Basic

С появлением оператора AddressOf, часть индустрии ПО стала ориентироваться на авторов, показывающих как с использованием Visual Basic решать ранее невозможные задачи. Другая часть быстро охватила консультантов, помогающих пользователям, имеющим проблемы при решении таких задач.

Проблема не в Visual Basic или в технологии. Проблема в том, что большинство авторов применяют одно и тоже правило к AddressOf методикам, что большинство компаний по разработке ПО считают, что если Вы должны что-то сделать, то Вы сможете. Идея о том, что применение самой новой и последней технологии должно, по определению, быть самым лучшим решением проблемы, широко распространена в индустрии ПО.

Эта идея неверна. Развертывание технологии должно управляться прежде всего проблемой, которую необходимо решить решить, а не технологией, которую кто-то пробует Вам впарить;).

Очень плохо, что из-за того, что компании часто пренебрегают упоминанием об ограничениях и недостатках их инструментальных средств, авторы иногда бывают не в состоянии обратить внимание читателей на следствия некоторых методик, которые они описывают. И журналы и книги иногда пренебрегают своей ответственностью, чтобы удостовериться, что практика программирования, которую они описывают, является приемлемой.

Программисту очень важно выбрать необходимый инструмент для своей работы. Это - ваша задача, чтобы разработать код, который работает теперь не только на одной специфической платформе, но также работает на разных платформах и системных конфигурациях. Ваш код должен быть хорошо документирован и поддержан другими программистами, участвующими в проекте. Ваш код должен следовать правилам, продиктованными операционной системой или стандартами, которые Вы используете. Отказ так делать может привести к проблемам в будущем, поскольку системы и программное обеспечение постоянно совершенствуются.

Недавние статьи в Microsoft Systems Journal и Visual Basic Programmer's Journal представили программистам на Visual Basic возможность использования функции API CreateThread, чтобы непосредственно поддерживать многопоточный режим под Visual Basic. После этого, один читатель пожаловался, что моя книга Visual Basic Programmer's Guide to the Win32 API является неполной, потому что я не описал в ней эту функцию и не продемонстрировал эту технологию. Эта статья - частично является ответом этому читателю, и частично - ответом на другие статьи, написанными на эту тему. Эта статья также является дополнением к главе 14 моей книги "Разработка ActiveX компонент на Visual Basic 5.0" относительно новых возможностей, обеспечиваемых Visual Basic 5.0 Service Pack 2.

Быстрый обзор Многопоточности

Если Вы уже хорошо разбираетесь в технологии многопоточного режима, то Вы можете пропустить этот раздел и продолжать чтение с раздела, названного "Что нового в Service Pack 2."

Каждый, кто использует Windows, знает, что Windows способно делать больше чем одну вещь одновременно.

Может одновременно выполнять несколько программ, при одновременном проигрывании компакт-диска, посылке факса и пересылке файлов. Каждый программист знает (или должен знать) что ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР компьютера может только выполнять одну команду одновременно (проигнорируем существование многопроцессорных машин). Как единственный ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР может выполнять множество задач?

Это делается быстрым переключением между многими задачами. Операционная система содержит в памяти все программы, которые запущены в настоящий момент. Это позволяет ЦЕНТРАЛЬНОМУ ПРОЦЕССОРУ выполнять программы по очереди. Каждый раз происходит переключение между программами, при этом меняется содержимое внутренних регистров, включая указатель команды и указатель вершины стека. Каждая из таких "задач" называется потоком выполнения (thread of execution).

В простой многозадачной системе, каждая программа имеет емеет единственный поток. Это означает, что ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР начинает выполнение команд в начале программы и продолжает следуя инструкциям в последовательности, определенной программой до тех пор, пока программа не завершается.

Скажем, программа имеет пять команд: B C D и E, которые выполняются последовательно (никаких переходов нет в этом примере). Когда приложение имеет один поток, команды будут всегда выполнять в точно том же самом порядке: A, B, C, D и E. Действительно, ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПРОЦЕССОР может потребовать времени для выполнения других команд в других программах, но они не будут влиять на это приложение, если не имеется конфликт над общими ресурсами системы, но это уже отдельная тема для разговора.

Продвинутая многопоточная операционная система типа Windows позволяет приложению выполнять больше чем один поток одновременно. Скажем, команда D в нашем типовом приложении могла создать новый поток, который стартовал командой B и далее выполнял последовательность команд C и E. Первый поток был бы все еще A, B, C, D, E, но когда команда D выполнится, возникнет новый поток, который выполнит команды бы B, C, E (здесь команды D уже не будет, иначе мы получим еще один поток).

В каком порядке будут следовать команды в этом приложении?

Это могло бы быть:

Thread 1 A B C D E E

Thread 2 B C

Или так:

Thread 1 A B C D E

Thread 2 B C E

Или этак:

Thread 1 A B C D E

Thread 2 B C E

Другими словами, когда Вы начинаете новый поток выполнения в приложении, Вы никогда не можете знать точный порядок, в котором команды в двух потоках выполнятся относительно друг друга. Два потока полностью независимы.

Почему - это проблема?

Имитатор Многопоточности

Рассмотрим проект MTDemo:

Проект содержит один модуль кода, в котором содержится две глобальных переменных:

' MTDemo - Multithreading Demo program

' Copyright © 1997 by Desaware Inc. All Rights Reserved

Option Explicit

Public GenericGlobalCounter As Long

Public TotalIncrements As Long

' Этот проект содержит одну форму - frmMTDemo1, которая содержит

' следующий код:

' MTDemo - Multithreading Demo program

' Copyright © 1997 by Desaware Inc. All Rights Reserved

Option Explicit

Dim State As Integer

' State = 0 - Idle

' State = 1 - Loading existing value

' State = 2 - Adding 1 to existing value

' State = 3 - Storing existing value

' State = 4 - Extra delay

Dim Accumulator As Long

Const OtherCodeDelay = 10

Private Sub Command1_Click()

Dim f As New frmMTDemo1

f.Show

End Sub

Private Sub Form_Load()

Timer1.Interval = 750 + Rnd * 500

End Sub

Private Sub Timer1_Timer()

Static otherdelay&

Select Case State

Case 0

lblOperation = "Idle"

State = 1

Case 1

lblOperation = "Loading Acc"

Accumulator = GenericGlobalCounter

State = 2

Case 2

lblOperation = "Incrementing"

Accumulator = Accumulator + 1

State = 3

Case 3

lblOperation = "Storing"

GenericGlobalCounter = Accumulator

TotalIncrements = TotalIncrements + 1

State = 4

Case 4

lblOperation = "Generic Code"

If otherdelay >= OtherCodeDelay Then

State = 0

otherdelay = 0

Else

otherdelay = otherdelay + 1

End If

End Select

UpdateDisplay

End Sub

Public Sub UpdateDisplay()

lblGlobalCounter = Str$(GenericGlobalCounter)

lblAccumulator = Str$(Accumulator)

lblVerification = Str$(TotalIncrements)

End Sub

Эта программа для моделирования многопоточного режима использует таймер и простой конечный автомат. Переменная State описывает пять команд, которые эта программа выполняет. State = 0 - неактивное состояние. State = 1 загружает локальную переменную глобальной переменной GenericGlobalCounter. State = 2 увеличивает на единицу локальную переменную. State = 3 запоминает результат в переменной GenericGlobalCounter и увеличивает переменную TotalIncrements (которая считает количество приращений переменной GenericGlobalCounter). State = 3 добавляет дополнительную задержку, представляющую собой время, затраченное на выполнение других команд в программе.

Функция UpdateDisplay обновляет три метки на форме, которые показывают текущее значение переменной GenericGlobalCounter, локального сумматора, и общего количества приращений.

Каждый сигнал таймера моделирует цикл ЦЕНТРАЛЬНОГО ПРОЦЕССОРА в текущем потоке. Если Вы запустите программу, то увидете, что значение переменной GenericGlobalCounter будет всегда точно равно переменной TotalIncrements, потому что переменная TotalIncrements показывает количество увеличений счетчика GenericGlobalCounter потоком.

Но что случится, когда Вы нажимаете кнопку Command1 и запустите второй экземпляр формы? Эта новая форма смоделирует второй поток.

Время от времени, команды выстроятся в линию таким образом, что обе формы загрузят одинаковое значение GenericGlobalCounter, увеличат и сохранят его. В результате, значение счетчика увеличится только на единицу, даже при том, что каждый поток полагал, что он независимо увеличивает значение счетчика.

Другими словами, переменная была увеличена дважды, но значение увеличилось только на единицу. Если Вы запускаете несколько форм, то сразу заметите, что число приращений, представляемой переменной TotalIncrements, растет намного быстрее, чем счетчик GenericGlobalCounter.

Что, если переменная представляет объектный счет блокировки - который следит, когда объект должен быть освобожден? Что, если она представляет собой сигнал, который указывает, что ресурс находится в использовании?

Такая проблема может привести к появлению ресурсов, постоянно недоступных в системе, к объекту, блокируемому в памяти, или преждевременно освобожденному. Это может привести к сбоям приложения.

Этот пример был разработан, чтобы достаточно просто увидеть проблему, но попробуйте поэкспериментировать со значением переменной OtherCodeDelay. Когда опасный код относительно небольшой по сравнению со всей программой, проблемы появятся менее часто. Хотя это и звучит обнадеживающе, но истина состоит в следующем. Проблемы Многопоточного режима могут быть чрезвычайно неустойчивы и их трудно обнаружить. Это означает, что многопоточный режим требует осторожного подхода к проектированию приложения.

Решение проблем Многопоточности

Имеются два относительно простых способа избежать проблем многопоточного режима.

Избегайте всеобщего использования глобальных переменных.

Добавьте код синхронизации везде, где используются глобальные переменные.

Первый подход используется в основном в Visual Basic. Когда Вы включаете многопоточный режим в Visual

Basic приложения, все глобальные переменные станут локальными для специфического потока. Это свойственно способу, с которым Visual Basic выполняет apartment model threading - подробнее об этом позднее.

Первоначальный выпуск Visual Basic 5.0 позволял использовать многопоточность только в компонентах, которые не имели никаких элементов пользовательского интерфейса. Так было потому что они не имели безопасного потока управления формами. Например: когда Вы создаете форму в Visual Basic, VB дает ей имя глобальной переменной (таким образом, если Вы имеете форму, именованную Form1, Вы можете непосредственно обращаться к ее методам, используя Form1.метод вместо того, чтобы объявить отдельную переменную формы). Этот тип глобальной переменной может вызывать проблемы многопоточного режима, которые Вы видели ранее. Имелись несомненно другие проблемы внутри управления формами.

С service pack 2, управление формами Visual Basic было сделано безопасным потоком. Это говорит о том, что каждый поток имеет собственную глобальную переменную для каждой формы, определенной в проекте.

Что нового в Service Pack 2

Сделав поток управления формами безопасным, Service pack 2 предоставил возможность с помощью Visual

Basic создавать клиентские приложения, использующие многопоточный режим.

Приложение должно быть определено как программа ActiveX Exe с установкой запуска из Sub Main:

' MTDemo2 - Multithreading demo program

' Copyright © 1997 by Desaware Inc. All Rights Reserved

Option Explicit

Declare Function FindWindow Lib "user32" Alias "FindWindowA" _

(ByVal lpClassName As String, ByVal lpWindowName As String) _

As Long

Sub Main()

Dim f As frmMTDemo2

' We need this because Main is called on each new thread

Dim hwnd As Long

hwnd = FindWindow(vbNullString, "Multithreading Demo2")

If hwnd = 0 Then

Set f = New frmMTDemo2