【问题标题】:Wrapper class for thread-safe objects线程安全对象的包装类
【发布时间】:2013-01-29 16:39:33
【问题描述】:

我最近玩了一个关于 INDY10 TCP/IP 服务器基本功能的演示 opensource 项目,偶然发现了 INDY 的内部多任务实现及其与 VCL 组件的交互问题。由于 SO 中有许多关于该主题的不同主题,我决定制作一个简单的客户端-服务器应用程序并测试一些建议的解决方案和方法,至少是我正确理解的那些。下面我想总结和回顾一下之前在 SO 上建议的方法,如果可能的话,请听听您对该主题的专家意见。

问题:封装 VCL 以在基于 indy10 的客户端/服务器应用程序中实现线程安全使用。

开发环境描述: Delphi 版本:Delphi® XE2 版本 16.0 印地版本 10.5.8.0 操作系统Windows 7(32 位)

如文章中所述([VCL 线程安全吗?])(抱歉,我没有足够的声誉来发布链接)当希望在多线程中使用任何类型的 VCL 组件时应特别小心(多任务)应用程序。 VCL 不是线程安全的,但可以以线程安全的方式使用! 如何和为什么通常取决于手头的应用程序,但可以尝试概括一下并提出某种通用方法来解决这个问题。首先,与 INDY10 的情况一样,不需要显式地并行化他的代码,即创建和执行多个线程,以使 VCL 暴露于死锁和数据相互依赖关系。

在每个 sclient-server 应用程序中,服务器必须能够同时处理多个请求,因此 INDY10 内部自然地实现了此功能。这意味着 INDY10 类集负责在内部管理程序的线程创建、执行和销毁过程。

我们的代码暴露于 INDY10 内部工作并因此可能发生线程冲突的最明显的地方是 IdTCPServerExecute(TIdTCPServer onExecute 事件)方法。

当然,INDY10 提供了确保线程安全的程序流的类(包装器),但由于我没有设法对它们的应用和用法进行足够的解释,我更喜欢定制的方法。

下面我总结了一种方法(建议的技术基于我在 SO How to use TIdThreadSafe class from Indy10 中找到的先前评论)尝试(并且可能成功)处理此问题:

我在下面解决的问题是:如何使特定类“MyClass”ThreadSafe?

主要思想是创建一种封装“MyClass”的包装类,并按照先进先出原则将尝试访问它的线程排队。用于同步的底层对象是 [Windows 的关键部分对象。]。

在客户端-服务器应用程序的上下文中,“MyClass”将包含我们服务器的所有线程不安全功能,因此我们将尝试确保这些过程和功能不会由多个工作线程同时执行。这自然意味着我们的代码失去了并行性,但是由于该方法很简单而且看起来很简单,因此在某些情况下这可能是一种有用的方法。

包装类实现:

constructor TThreadSafeObject<T>.Create(originalObject: T);
begin
  tsObject := originalObject; // pass it already instantiated instance of MyClass
  tsCriticalSection:= TCriticalSection.Create; // Critical section Object
end;

destructor TThreadSafeObject<T>.Destroy();
begin
  FreeAndNil(tsObject);
  FreeAndNil(tsCriticalSection);
  inherited Destroy;

end;


function TThreadSafeObject<T>.Lock(): T;
begin
  tsCriticalSection.Enter;
  result:=tsObject;

end;

procedure TThreadSafeObject<T>.Unlock();
begin
  tsCriticalSection.Leave;
end;

procedure TThreadSafeObject<T>.FreeOwnership();
begin
  FreeAndNil(tsObject);
  FreeAndNil(tsCriticalSection);
end;

MyClass 定义:

MyClass = class

  public
    procedure drawRandomBitmap(abitmap: TBitmap); //Draw Random Lines on TCanvas
    function decToBin(i: LongInt): String; //convert decimal number to Bin. 
    procedure addLineToMemo(aLine: String; MemoFld: TMemo); // output message to TMemo
    function randomColor(): TColor; 
  end;

用法:

由于线程按顺序执行并等待拥有关键部分当前所有权的线程完成(tsCriticalSection.Enter; 和 tsCriticalSection.Leave;),如果你想管理所有权中继,你需要一个唯一的实例TThreadSafeObject(你可以考虑使用单例模式)。所以包括:

tsMyclass:= TThreadSafeObject<MyClass>.Create(MyClass.Create);

在 Form.Create 和

tsMyclass.Destroy;

在窗体中。关闭;这里 tsMyclass 是一个 MyClass 类型的全局变量。

用法:

关于 MyClass 的使用,请尝试以下方法:

with tsMyclass.Lock do
try
  addLineToMemo('MemoLine1', Memo1);
  addLineToMemo('MemoLine2', Memo1);
  addLineToMemo('MemoLine3', Memo1);
finally
  // release ownership
  tsMyclass.unlock;
end;

,其中 Memo1 是表单上 TMemo 组件的一个实例。

有了这个,我们应该确保 tsMyClass 被锁定时发生的任何事情 一次只能由一个线程执行。然而,这种方法的一个明显缺点是,由于我只有一个 tsMyclass 实例,即使一个线程正在尝试绘制例如在画布上,而另一个在备忘录上书写,第一个线程必须等待第二个线程完成,然后才能执行其工作。

我的问题是:

  1. 上述建议的方法是否正确?我还没有种族吗 条件还是我在代码中有一些“漏洞”,从哪里 可能发生数据冲突?
  2. 一般来说,如何测试线程 他/她的应用程序不安全?

我想强调的是,上述方法绝不是我自己的做法。它基本上是在2 中找到的解决方案的总结。尽管如此,我还是决定再次发帖,试图对该主题进行某种封闭,或者为建议的解决方案提供一种有效性证明。此外,正如他们所说,重复是所有知识之母。

【问题讨论】:

  • 这个问题太长了,我都不知道从何说起。

标签: delphi concurrency indy


【解决方案1】:

有了这个,我们应该确保发生的任何事情在 tsMyClass 被锁定一次只能由一个线程执行。一个 然而,这种方法的明显缺点是,因为我只有 一个 tsMyclass 实例,即使一个线程正在尝试为 例如在画布上,而另一个人在备忘录上写字,第一个 线程将不得不等待第二个完成,然后才完成 将能够执行其工作。

我在这里看到了一个大问题:VCL(表单、绘图等)存在于主线程中。即使您阻止并发线程访问,更新也需要在主线程的上下文中完成。这是您需要使用 Synhronize() 的部分,与锁(Criticalsection)的最大区别在于同步代码在主线程的上下文中运行。最终结果基本上是一样的,你的线程代码被序列化了,你失去了使用线程的优势。

【讨论】:

  • 是的,您肯定不能从主线程上下文之外访问 VCL UI 控件。时期。在 UI 控件周围放置线程安全锁将不起作用,因为主线程在访问控件时不尊重锁。此外,TWinControl.Handle 属性具有线程关联性,如果该关联性在运行时发生变化,就会发生坏事。
  • 如果您需要线程代码来访问 UI,您必须委派给主线程以安全地处理访问。 TThread 具有用于此目的的 Synchronize()Queue() 方法。 Indy 也有自己的 TIdSyncTIdNotify 类用于此目的。
  • 好的,伙计们,如果我重新定义 MyClass 以从 TThread 继承并使用例如“Synchronize(addLineToMemo)”等调用它的方法。据我了解,Synchronize 仅将以下过程作为输入没有输入参数。因此,要使用正确的输入数据调用 addLineToMemo,我应该将输入数据设置为 MyClass 的私有字段(使用公共包装方法),然后从该包装中调用 Synchronize(addLineToMemo)?那是线程安全的方式吗?
  • @Kenny,考虑隔离,理想情况下您的线程现在不涉及其他实体(例如主窗体上的 TMemo)。在您的线程上公开与主线程同步的事件。因此,例如,您的线程上会有一个 onprogress 事件(使用 Synchronize() 调用),而您的主窗体会使用该事件...
  • @whosrdaddy 我不确定我理解你的意思。例如,我需要做的就是确保我的 TCanvas 的两次连续更新不会干扰,而是一个接一个地执行。例如。如果我有 2 个客户端连接到服务器,并且两个客户端都从服务器请求绘制一个圆圈,我希望这些操作串行执行而不是并行执行 :)。我尝试通过同步线程来实现它,但我没有得到我想要的。即 TCanvas 的顺序更新,而是并行更新。
【解决方案2】:

锁定整个对象可能过于粗糙。

想象一下某些属性或方法独立于其他的情况。如果锁在“全局”级别上起作用,许多操作将被不必要地阻塞。

来自Reduce lock granularity – Concurrency optimization

那么,我们怎样才能减少锁的粒度呢?通过简短的回答,通过询问 锁尽可能少。基本思想是使用单独的锁 保护一个类的多个独立状态变量,而不是 在类范围内只有一个锁。

【讨论】:

    【解决方案3】:

    首先要做的事情是:您不需要为每个对象实现 LOCK,Delphi 使用 TMonitor 类为您完成了这项工作:

    TMonitor.Enter(WhateverObject);
    try
      // Your code goes here.
    finally TMonitor.Leave(WhateverObject);
    end;
    

    只要确保在您的应用程序关闭时释放 WhateverObject,否则您会遇到我在 QC 上打开的错误:http://qc.embarcadero.com/wc/qcmain.aspx?d=111795

    其次,让应用程序多线程处理会更复杂一些。您不能只在Enter/Leave 调用之间包装每个调用:您的“锁定”需要考虑对象的作用和访问模式是什么。在 Enter/Leave 中包装调用只是确保在任何时候只有一个线程运行该方法,但竞争条件要复杂得多,并且可能来自对锁定方法的连续调用。即使每个方法都被锁定,并且在任何给定时间只有一个线程调用过这些方法,锁定对象的状态也可能由于其他线程的活动而发生变化。

    这种代码在单线程应用程序中会很好,但是在切换到多线程时在方法级别锁定是不够的:

    if List.IndexOf(Something) = -1 then
      List.Add(Something);
    

    【讨论】:

    • @whosrdaddy +1 'TMonitor 严重损坏'是我大部分时间读到的……也许它已在 XE3 中修复,或者将在 XE4 中修复
    • @mjn,“严重损坏”可能有点多。查看 QC 大约有 4 个错误报告,与完全相同的问题有关:如果您不释放用于 TMonitor.Enter() 的对象,应用程序将在退出时挂起。
    • 请注意QualityCentral has now been shut down,因此您无法再访问qc.embarcadero.com 链接。如果您需要访问旧的 QC 数据,请查看 QCScraper
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