Windows线程使用

1.内核对象

操作系统创建的资源有很多种，如进程、线程、文件及信号量、互斥量等。其中大部分都是通过程序员的请求创建的，而且请求方式（请求中使用的函数）各不相同。虽然存在一些差异，但他们之间也有共同点：都是由操作系统创建并管理的资源。

不同资源类型在“管理”方式上也有差异。例如：文件管理中应注册并更新文件相关的数据I/O位置、文件的打开模式等。如果是线程，则应注册并维护线程ID、线程所属进程等信息。操作系统为了以记录相关信息的方式管理各种资源，在其内部生成数据块（可视为结构体变量）。每种资源需要维护的信息不同，所以每种资源拥有的数据块格式也有差异。这类数据块称为“内核对象”。

注意：内核对象的所有者是内核（操作系统），其含义为：内核对象的创建、管理、销毁时机的决定等工作均由操作系统完成。

2.基于Windows的线程创建

windows创建线程的API原型如下：

#include <windows.h>
HANDLE CreateThread(
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,      // pointer to security attributes  
    DWORD dwStackSize,                             // initial thread stack size  
    LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress,         // pointer to thread function  
    LPVOID lpParameter,                            // argument for new thread  
    DWORD dwCreationFlags,                         // creation flags  
    LPDWORD lpThreadId                             // pointer to receive thread ID
);

参数看起来有些复杂，但只需考虑lpStartAddress和lpParameter这两个参数，剩下的传递0或NULL即可。

windows线程的销毁时间点：
windows线程在首次调用的线程main返回时销毁。还有其它方法可以终止线程，但最好的办法就是让main函数终止（返回）。

如果线程要调用C/C++标准函数，需要通过如下方法创建线程。因为通过CreateThread函数调用创建出的线程在使用C/C++标准函数时并不稳定。

#include <process.h>  
uintptr_t _beginthreadex(  
    void * security,                     //线程安全相关信息，使用默认设置时传递NULL  
    unsigned stack_size,                 //要分配给线程的栈大小，传递0时生成默认大小的栈  
    unsigned (* start_address)(void *),  //传递线程的main函数信息  
    void * arglist,                      //调用main时传递的参数信息  
    unsigned initflag,                   //用于指定线程创建后的行为，传递0时，线程创建后立即进入可执行状态  
    unsigned * thrdaddr                  //用于保存线程ID的变量地址值  
    );  
//成功返回线程句柄，失败返回0

这个函数和CreateThread相比，参数个数以及参数的含义和顺序均相同，只是变量名和参数类型有所不同。用上面的函数替换CreateThread时，只需适当更改数据类型。

_beginthread函数：
这个函数比_beginthreadex更好用，但该函数的问题在于，它会让创建线程时返回的句柄失效，以防止访问内核对象。_beginthreadex就是为了解决这一问题而定义的函数。

#include <windows.h>
#include <iostream>
#include <process.h>
unsigned WINAPI ThreadFunc(void *arg);

int main(int argc, char *argv[])
{
    HANDLE hThread;  //线程句柄
    unsigned threadID;  //线程ID
    int param = 5;
    hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, (void*)param, 0, &threadID);
    if(0 == hThread)
    {
        std::cout << "_beginthreadex() error" << std::endl;
        return -1;
    }
    Sleep(3000);
    std::cout << "end of main" << std::endl;

    return 0;
}

unsigned WINAPI ThreadFunc(void *arg)
{
    int cnt = *((int*)arg);
    for(int i = 0; i < cnt; i++)
    {
        Sleep(1000);
        std::cout << "running thread" << std::endl;
    }
    return 0;
}

句柄、内核对象和ID间的关系：
线程也属于操作系统管理的资源，因此会伴随内核对象的创建，并为了引用内核对象而返回句柄。
可以通过句柄区分内核对象，通过内核对象区分线程。最终，线程句柄成为区分线程的工具。通过_beginthreadex函数的最后一个参数可以获取线程ID。句柄和ID有如下显著特点：
句柄的整数值在不同进程中可能出现重复，但线程ID在跨进范围内不会重复。

线程ID用于区分操作系统创建的所有线程，但通常没有这种需求。

内核对象的2种状态：
资源类型不同，内核对象也含有不同信息。其中，应用程序实现过程中需要特别关注的信息被赋予某种“状态”。例如：线程内核对象中需要重点关注线程是否已终止，所以终止状态又称为“signaled状态”，未终止状态被称为“non-signaled状态”。

内核对象的状态及状态查看：
进程和线程的内核对象初始状态是non-signaled状态。内核对象带有一个boolean变量，其初始值为FALSE，此时的状态就是non-signaled状态。如果发生了事件，把该变量变为TRUE，此时的状态就是signaled状态。内核对象类型不同，进入signaled的状态也有所区别。

系统还定义了WaitForSingleObject和WaitForMultipleObjects两个函数。

首先介绍WaitForSingleObject函数，该函数针对单个内核对象验证signaled状态。

DWORD WaitForSingleObject(
    HANDLE hHandle,  //handle to object to wait for
    DWORD dwMilliseconds  //time-out interval in milliseconds
);
//返回值：进入signaled状态返回WAIT_OBJECT_0，超时返回WAIT_TIMEOUT

该函数由于发生事件（变为signaled状态）返回时，有时会把相应内核对象再次更改为non-signaled状态。这种可以再次进入non-signaled状态的内核对象称为“auto-reset模式”的内核对象，而不会自动跳转到non-signaled状态的内核对象称为“manual-reset模式”。下面的函数与上述函数不同，可以验证多个内核对象状态。

DWORD WaitForMultipleObjects(
    DWORD nCount,  // number of handles in the handle array  
    CONST HANDLE *lpHandles,  // pointer to the object-handle array  
    BOOL fWaitAll,  // wait flag  
    DWORD dwMilliseconds  // time-out interval in milliseconds
);

修改后的程序：

    #include <windows.h>  
    #include <iostream>  
    #include <process.h>  
    unsigned WINAPI ThreadFunc(void *arg);  

    int main(int argc, char *argv[])  
    {  
        HANDLE hThread;       //线程句柄  
        DWORD wr;  
        unsigned threadID;    //线程ID  
        int param = 5;  
        hThread = (HANDLE)_beginthreadex(NULL, 0, ThreadFunc, (void*)param, 0, &threadID);  
        if (0 == hThread)  
        {  
            std::cout << "_beginthreadex() error" << std::endl;  
            return -1;  
        }  

        //传递INFINITE时函数不会返回，直到内核对象变成signaled状态  
        if ((wr = WaitForSingleObject(hThread, INFINITE)) == WAIT_FAILED)     
        {  
            std::cout << "thread wait error" << std::endl;  
            return -1;  
        }  
        std::cout << "wait result:" << ((wr == WAIT_OBJECT_0) ? "signed" : "time-out");  
        std::cout << std::endl;  
        std::cout << "end of main" << std::endl;  

        return 0;  
    }  

    unsigned WINAPI ThreadFunc(void *arg)  
    {  
        int cnt = *((int*)arg);  
        for (int i = 0; i < cnt; i++)  
        {  
            Sleep(1000);    
            std::cout << cnt << "running thread" << std::endl;  
        }  
        return 0;  
    }