УКАЗАНИЯ ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА. Отчет по лабораторной работе должен содержать
И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
Отчет по лабораторной работе должен содержать
1. Наименование.
2. Цель работы.
3. Используемое оборудование.
4. Теоретическая часть.
5. Распечатка программного кода вашей программы.
6. Выводы по проделанной работе.
Контрольные вопросы
1. Как можно обратиться к таблице?
2. Как добавить таблицу?
3. Как узнать количество столбцов и строк в таблице?
4. Как изменить ширину и высоту ячейки?
5. Как добавить в таблицу строку и столбец?
Лабораторная работа № 5
Изучение потоков
Общее описание работы
1.1. Цель работы: состоит в изучении принципов создания потоков и работы с ними.
Содержание работы
Лабораторная работа состоит из домашнего и лабораторного заданий. Домашнее задание заключается в изучении принципов создания потоков и работы с ними. Лабораторное задание включает написание программы на языке Delphi с выполнением всех изученных в домашнем задании данных.
Используемое оборудование
Для выполнения лабораторной работы используются программно-аппаратные средства: ПЭВМ класса Pentium стандартной конфигурации, цветной монитор с графическим адаптером VGA и выше, объем оперативной памяти не менее 64 Мб, ОС Windows 98 и выше, не менее 40 Mb свободного объема на жестком диске.
Домашнее задание и методические указания по его выполнению
По методическому руководству ознакомиться с принципами работы с потоками в языке программирования Delphi 6.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Потоки
Операционная система Windows является многопоточной. Это значит, что она может выполнять несколько задач одновременно. Здесь употребляется термин «задач», потому что одна программа может состоять из нескольких независимых блоков кода, которые тоже могут выполняться одновременно. Каждый такой блок называется потоком. Когда вы запускаете новое приложение, то для него автоматически создаётся главный поток, в котором и будет выполняться код программы. Но это не значит, что вы ограничены этим потоком. В любой момент вы можете создать дополнительные потоки, которые будут выполняться параллельно с главным. Таким образом можно добиться многозадачности внутри самой программы.
Теория потоков
Мы говорим о потоках и ещё ни слова не сказали о том, зачем же нужно разделять программу на несколько потоков. В предыдущей главе мы работали с такой программой как Word, и сейчас снова приведем пример, основанный на работе этой программы. Когда вы запускаете Word и набираете текст, то встроенный модуль проверки орфографии автоматически следит за тем, что вы пишете, и подправляет орфографические ошибки. Теперь представьте логику проверки. После нажатия кнопки нужно отобразить на экране нужную букву, затем проверить ближайшие слова на изменения и проверить правильность их написания. После проверки слов, проверять всё предложение на наличие пропущенных запятых или других знаков. На словах алгоритм описывается достаточно просто. Но попробуйте представить себе тот большой труд, который надо проделать после каждого нажатия кнопки. Если бы алгоритм проверки орфографии действительно действовал бы так, то буквы появлялись бы на экране не чаще 1 в пару секунд. Однако проверка орфографии работает отдельным процессом. Вы спокойно набираете текст, а проверка идёт в отдельном потоке, не мешая вам работать с текстом. При этом практически незаметны задержки, и нет никаких неудобств. Когда ты пишешь новую программу, то не надо пытаться вывести все функции в отдельные потоки. Каждый поток накладывает на программу дополнительную сложность и неустойчивость, да и отлаживать потоки намного сложнее. Какой код нужно помещать в отдельный поток? Вот некоторые примеры:
1. Если какие-то функции должны выполняться параллельно основному процессу, то тут деваться некуда и нужно обязательно помещать такие вещи в поток.
2. Если какие-то расчёты идут достаточно долго, то многие считают, что их тоже нужно помещать в поток. Просто когда идут такие расчёты, программа блокируется и невозможно нажать кнопку «Отмена» или что-нибудь подобное. Это неправильное утверждение. Поток тут абсолютно необязателен, потому что можно обойтись и без него. Достаточно внутри расчётов поставить вызов Application.ProcessMessages, и в этом месте выполнение расчётов будет прерываться на некоторое время и программа будет обслуживать другие сообщения, пришедшие от пользователя. Таким образом получится простой эффект многозадачности без использования потока.
3. Код критичен к времени выполнения. Допустим, что ваша программа должна принимать какие-то данные по COM порту. Как только на порт пришли какие-то данные, они должны быть моментально обработаны с минимальной задержкой. Вот такие вещи желательно выносить в отдельный поток, потому что если в момент поступления данных программа занята большими расчётами, то данные могут оказаться необработанными. Истинную многозадачность можно получить только на многопроцессорных системах, где каждый процессор выполняет свою задачу. В домашних компьютерах в основном ставится только один процессор. Чтобы создать многозадачность на таких процессорах используют псевдомногозадачность. В этом виде один процессор выполняет сразу несколько задач благодаря быстрым переключениям между ними. Например, процессор может выполнять сразу десять задач, при этом каждой из них давать по 10 миллисекунд своего рабочего времени. В этом случае процессор будет через определённые промежутки времени переключаться между задачами, и у пользователя будет создаваться впечатление, что они выполняются параллельно. Но это общий вид псевдомногозадачности, реально она реализована по другому. В 32-х разрядных версиях Windows используется вытесняющая многозадачность (до этого была согласованная). В такой среде ОС разделяет процессорное время между разными приложениями и потоками на основе вытеснения. Разделение происходит в основном благодаря приоритету потока. У каждого потока есть приоритет, по которому определяется его важность. Чем выше приоритет, тем больше процессорного времени выделяется этому потоку. Потоки с одинаковым приоритетом будут получать одинаковое количество процессорного времени. У дополнительных потоков приоритет выставляется такой же как и у главного потока программы, но вы его можете увеличить или уменьшить. Чем выше приоритет потока, тем больше на него отводится процессорного времени. Снова допустим, что ваша программа должна принимать какие-то данные по COM порту и сразу же их обрабатывать. Для этого создаём новый поток, в нём реализуем код получения и обработки данных. Теперь достаточно поднять приоритет потока, чтобы на него при необходимости выделялось больше процессорного времени, и задача решена.
Теперь, как только поступают на СОМ порт новые данные, поток сразу же обработает их, потому что с более высоким приоритетом он получит больше процессорного времени.
Простейший поток
Давайте попробуем написать простейший поток и в процессе познакомимся с его возможностями и как всё реализовано.
Создайте новый проект. Поставьте на форму компонент ТRichEdit из палитры Win32 и один компонент TLabel. Нам ещё понадобиться пару кнопок – одна для запуска потока, другая для его остановки (рис. 5.1.).
Рис. 5.1. Главная форма программы
Теперь создадим модуль для потока. Для этого выберите пункт меню File->New- >Other для открытия окна создания нового модуля (рис. 5.2).
Найдите в этом окне на закладке New пункт Thread Object. Выделите его и нажмите кнопку "ОК". Появляется окошко, как на рис. 5.3. В этом окне нужно указать имя создаваемого потока. Мы назвали свой поток TCountObj. Нажмите «ОК» и Delphi создаст модуль-заготовку для нашего будущего потока. Сохраните весь проект. Главную форму под именем Main, а поток под именем MyThread.
Рис. 5.2. Создание модуля потока
Рис. 5.3. Задание имени потока
Теперь посмотрим на код созданного для потока модуля:
unit MyThread;
interface
uses
Classes;
type
TCountObj = class(TThread)
private
{ Private declarations }
protected
procedure Execute; override;
end;
implementation
{ Important: Methods and properties of objects in VCL can only be used in a method called using Synchronize, for example,
}
Synchronize(UpdateCaption);
and UpdateCaption could look like,
procedure TCountObj.UpdateCaption;
begin
Form1.Caption := 'Updated in a thread';
end; }
{ TCountObj }
procedure TCountObj.Execute;
begin
{ Place thread code here }
end;
end.
Это новый поток. У объекта есть только одна процедура Execute. В любых потоках эта процедура обязана быть переопределена, и в ней должен быть написан собственный код. Это связано с тем, что в объекте TThread, эта процедура объявлена как абстрактная (abstract) – пустая. Это значит, что процедуре дали имя, выделили место, но её код должен быть написан объектами потомками, т.е. нами. Метод Execute – это и есть заготовка для кода потока. То, что мы напишем здесь, будет выполняться параллельно основной задаче. Давайте напишем здесь следующий код:
procedure TCountObj.Execute;
begin
index:=1;
//Запускаем бесконечный счётчик
while index>0 do
begin
Synchronize(UpdateLabel);
Inc(index);
if index>100000 then
index:=0;
//Если поток остановлен, то выйти.
if terminated then exit;
end;
end;
Переменную index мы объявили как integer в разделе private объекта потока. Там же мы объявили процедуру UpdateLabel. Эта процедура выглядит так:
procedure TCountObj.UpdateLabel;
begin
Form1.Label1.Caption:=IntToStr(Index);
end;
И последнее, что мы сделали - подключили главную форму в раздел uses, потому что мы обращаемся к ней в коде выше (Form1.Label1.Caption) для обновления текста компонента Label1. В методе Execute у нас запускается цикл while, который будет выполняться, пока переменная index больше нуля. Внутри цикла мы вызывали метод Synchronize (о нём чуть позже) и увеличили переменную index. Если эта переменная становиться больше 100000, то в index присваивается 0, и расчёт начинается с начала. Таким образом цикл будет бесконечно выполнять увеличение переменной index от 0 до 100000 и опять сначала. Самой последней идёт проверка, если свойство terminated равно true, то выйти из процедуры. Когда мы выйдём, то работа потока закончится, потому что закончится код процедуры Execute. Свойство terminated станет равной true тогда, когда будет вызван метод Terminate нашего потока. Теперь о функции Synchronize. В качестве параметра ей передаётся процедура UpdateLabel, которая производит вывод в главную форму. Для чего нужно вставлять процедуру вывода на экран в Synchronize? Библиотека VCL имеет один недостаток - она не защищена от потоков. Все пользовательские компоненты разрабатывались так, что к ним может получить доступ только один поток. Если главная форма и поток попробуют одновременно вывести что-нибудь в одну и ту же область экрана или компонент, то программа выдаст ошибку. Поэтому весь вывод на форму нужно выделять в отдельную процедуру и вызывать эту процедуру с помощью Synchronize.
Если процедура вызвана в методе Synchronize, то выполнение основной программы и потока останавливается, и к компонентам окна получает доступ только объект, вызвавший метод Synchronize. Этот процесс незаметен для пользователя. Так что если вам нужно вывести какие-то данные из потока на экран главного окна, то делайте это в отдельной процедуре и вызывайте её с помощью метода Synchronize. Всё, наш поток готов. Возвращаемся к главной форме. В раздел uses(самый первый, который идёт после interface) мы добавили модуль потока MyThread. Добавление модуля в первый раздел uses связано с тем, что в разделе privateнам нужно объявить переменную, имеющую тип нашего объекта. Если добавить имя модуля во второй раздел uses, то он находится ниже той части кода, где нам нужно написать объявление. Именно поэтому добавлять модуль MyThread нужно в первый раздел uses.
В разделе privateмы объявилм переменную «co»типа TCountObj (объект нашего потока).
По нажатию кнопки "Запустить" мы написали такой код:
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
co:=TCountObj.Create(true);
co.Resume;
co.Priority:=tpLower;
end;
В первой строке мы создаем поток co. В качестве параметра может быть true или false.
Если false, то поток сразу начинает выполнение, иначе поток создаётся, но не запускается.
Если поток создан не запущенным, то для запуска нужно использовать метод Resume, что мы делаем во второй строке.
В третьей строке мы устанавливаем приоритет потока поменьше, чтобы он не мешал работе основному потоку и выполнялся в фоне. Если установить приоритет повыше, то основной поток начнёт притормаживать, потому что у них будут одинаковые приоритеты.
По нажатию кнопки "Остановить" мы написали:
procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
begin
co.Terminate;
end;
Здесь мы останавливаю выполнение потока с помощью вызова метода Terminate объекта потока. После вызова этого метода свойство terminated станет равным true, и выполнение процедуры Execute закончится.
Попробуйте запустить эту программу, запустить поток (нажатием кнопки "Запустить") и понабирать текст в RichEdit. Текст будет набираться без проблем, и в это время в компоненте ТLabel будет работать счётчик. Если бы вы запустили счётчик без отдельного потока, то вы бы не смогли набирать текст в RichEdit, потому что все ресурсы программы (основного потока) уходили бы на работу счётчика.