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Chrome的线程体系  

2009-12-23 22:42:21|  分类: Chrome |  标签: |举报 |字号 订阅

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网上已经有网友duguguiyu针对Chrome的线程体系做了很专业的描述了,应该说从原理上已经很完整了。本文主要在网友的基础上从代码实现的角度上进行一些补充和分析。
提到线程,我想大家关注的无非几点:线程的消息循环机制、多线程同步机制,线程间通信机制。
本文也是从大家关注的几点来重点描述。
在Chrome的代码中,与线程相关的文件主要在\base\base.vcproj中。
主要包含了以下相关文件:
task.h    线程执行的任何任务都是以task对象方式传递,有不同类型的task。
message_pump.h
message_pump_default.h
message_pump_default.cc
message_pump_win.h
message_pump_win.cc    消息泵类,消息调度,分发处理。
message_loop.h
message_loop.cc    消息循环机制,基本上每一个线程都有自己的消息循环,接收来自其他线程、UI甚至系统的消息。
thread.h
thread.cc     线程虚类类。Thread类在操作系统上层做了抽象,本身与平台无关
platform_thread.h
platform_thread_win.cc    Windows平台下线程的相关方法。在Windows平台下是CreateThread方法。
thread_local.h
thread_local.cc
thread_local_storage.h
thread_local_storage_win.cc    线程本地存储机制的实现(TLS)

其他还有一些辅助类,可以不用太关注,比如智能指针、一些简单的工具类等。我们重点分析上述的代码。


总体来说,Chrome的线程实现,主要运用了Command、Bridge和Observer三种模式。

线程类(Thread)的结构和简单流程
我们观看一下Thread.h中对Thread的定义

//线程的抽象类
// PlatformThread是底层的线程辅助类,实现不同平台下的真正的线程实现。
// PlatformThread: Delegate,代理接口类,包含了ThreadMain函数。
// 由Thread的子类实现,执行由PlatformThread传递到线程的回调函数中
class Thread : PlatformThread::Delegate {
 public:
  struct Options {
    //线程消息循环类型有三种,Default(普通的后台线程),UI,IO线程
    //不同线程消息循环处理消息的方式有一些差异。
    MessageLoop::Type message_loop_type;
    //制定线程堆栈大小
    size_t stack_size;
    Options() : message_loop_type(MessageLoop::TYPE_DEFAULT), stack_size(0) {}
    Options(MessageLoop::Type type, size_t size)
        : message_loop_type(type), stack_size(size) {}
  };
  explicit Thread(const char *name);
 

  virtual ~Thread();
 

  bool Start();
 

  bool StartWithOptions(const Options& options);
 

  void Stop();
 

  void StopSoon();
 

  //获取消息循环实例,每一个线程的核心消息循环所在
  MessageLoop* message_loop() const { return message_loop_; }
 

  const std::string &thread_name() { return name_; }
 

  PlatformThreadHandle thread_handle() { return thread_; }
 

  PlatformThreadId thread_id() const { return thread_id_; }
 

  bool IsRunning() const { return thread_id_ != 0; }
 

 protected:
  virtual void Init() {}
 

  virtual void CleanUp() {}
 

  static void SetThreadWasQuitProperly(bool flag);
 

  static bool GetThreadWasQuitProperly();
 

 private:
//实现了Platform_Thread类的Delegate接口
  virtual void ThreadMain();
 

  bool thread_was_started() const { return startup_data_ != NULL; }
 

  struct StartupData;
 

  StartupData* startup_data_;
 

  PlatformThreadHandle thread_;
 

  MessageLoop* message_loop_;
 

  PlatformThreadId thread_id_;
  // The name of the thread.  Used for debugging purposes.
  std::string name_;
 

  friend class ThreadQuitTask;
  DISALLOW_COPY_AND_ASSIGN(Thread);
};


//平台相关的线程函数,不同平台有不同的实现机制。

class PlatformThread {

 public:
 

  static PlatformThreadId CurrentId();
 

  static void YieldCurrentThread();
 

  static void Sleep(int duration_ms);
 

  static void SetName(const char* name);
  class Delegate {
   public:
    virtual ~Delegate() {}
    virtual void ThreadMain() = 0;
  };
  static bool Create(size_t stack_size, Delegate* delegate,
                     PlatformThreadHandle* thread_handle);
  static bool CreateNonJoinable(size_t stack_size, Delegate* delegate);
  static void Join(PlatformThreadHandle thread_handle);
 private:
  DISALLOW_IMPLICIT_CONSTRUCTORS(PlatformThread);
};

Thread是一个与平台无关的线程抽象类。真正线程创建的相关函数在PlatformThread类中处理,而PlatformThread类的实现根据不同的操作系统又有不同的实现。在Windows平台下实现的是
platform_thread_win.cc。

我们跟踪一下线程函数的执行流程:

下面是platform_thread_win.cc中的实现:

DWORD __stdcall ThreadFunc(void* closure) {
  PlatformThread::Delegate* delegate =
      static_cast<PlatformThread::Delegate*>(closure);
  delegate->ThreadMain();
  return NULL;
}
bool PlatformThread::Create(size_t stack_size, Delegate* delegate,
                            PlatformThreadHandle* thread_handle) {
  unsigned int flags = 0;
  if (stack_size > 0 && win_util::GetWinVersion() >= win_util::WINVERSION_XP) {
    flags = STACK_SIZE_PARAM_IS_A_RESERVATION;
  } else {
    stack_size = 0;
  }
  *thread_handle = CreateThread(
      NULL, stack_size, ThreadFunc, delegate, flags, NULL);
  return *thread_handle != NULL;
}

1.  *thread_handle = CreateThread(

      NULL, stack_size, ThreadFunc, delegate, flags, NULL);

ThreadFunc是线程函数,线程的执行体从此开始。

 

2. ThreadFunc函数实际调用的是delegate->ThreadMain();函数,由于Thread类实现了PlatformThread:Delegate代理类, 因此实际上调用的是Thread类的ThreadMain函数。

 

3.观察Thread类的ThreadMain函数实现,ThreadMain函数实际启动了消息循环MessageLoop,MessageLoop类接收不同的任务,并进行处理。

 

void Thread::ThreadMain() {

  // 创建消息循环.

  MessageLoop message_loop(startup_data_->options.message_loop_type);

  thread_id_ = PlatformThread::CurrentId();

  PlatformThread::SetName(name_.c_str());

  message_loop.set_thread_name(name_);

  message_loop_ = &message_loop;

  //进一步初始化

  Init();

  //设置启动完毕信号量信号

  startup_data_->event.Signal();

  //消息循环开始启动,线程阻塞于此

  message_loop.Run();

  //线程结束,收尾工作

  CleanUp();

  DCHECK(GetThreadWasQuitProperly());

  message_loop_ = NULL;

  thread_id_ = 0;

}

 

4.我们进一步跟踪一下MessageLoop的Run函数实现。可以发现实际上真正的线程调度工作是MessagePump类来实现的。

void MessageLoop::Run() {
  AutoRunState save_state(this);
  RunHandler();
}
void MessageLoop::RunHandler() {
#if defined(OS_WIN)
  if (exception_restoration_) {
    LPTOP_LEVEL_EXCEPTION_FILTER current_filter = GetTopSEHFilter();
    __try {
      RunInternal();
    } __except(SEHFilter(current_filter)) {
    }
    return;
  }
#endif
  RunInternal();
}
void MessageLoop::RunInternal() {
  DCHECK(this == current());
  StartHistogrammer();
#if defined(OS_WIN)
  //暂时我们可以过滤掉这个分支
  if (state_->dispatcher) {
    pump_win()->RunWithDispatcher(this, state_->dispatcher);
    return;
  }
#endif
  pump_->Run(this);
}
 

5.由于MessagePump类是一个虚类,其根据不同的线程类型有不同的调度方法,我们先看看MessagePumpDefault类怎么实现的。

void MessagePumpDefault::Run(Delegate* delegate) {

  DCHECK(keep_running_) << "Quit must have been called outside of Run!";

 

  for (;;) {

    ScopedNSAutoreleasePool autorelease_pool;

 

    bool did_work = delegate->DoWork();

    if (!keep_running_)

      break;

 

    did_work |= delegate->DoDelayedWork(&delayed_work_time_);

    if (!keep_running_)

      break;

 

    if (did_work)

      continue;

 

    did_work = delegate->DoIdleWork();

    if (!keep_running_)

      break;

 

    if (did_work)

      continue;

 

    if (delayed_work_time_.is_null()) {

      event_.Wait();

    } else {

      TimeDelta delay = delayed_work_time_ - Time::Now();

      if (delay > TimeDelta()) {

        event_.TimedWait(delay);

      } else {

        // It looks like delayed_work_time_ indicates a time in the past, so we

        // need to call DoDelayedWork now.

        delayed_work_time_ = Time();

      }

    }

    // Since event_ is auto-reset, we don't need to do anything special here

    // other than service each delegate method.

  }

 

  keep_running_ = true;

}


这个函数实现了任务的调度算法,真正的工作又其实是MessageLoop类实现的(MessageLoop类实现了MessagePump:Delegate类)。
MessageLoop类包含了多个任务队列(即时执行任务,延时执行任务,Idle任务),并提供接口用户提交任务,

这个函数的实现有一些灵巧的调度算法包含在里面,我们将在第二节的消息循环中去详细讲解。

 

从上面的分析来看,Thread类并不真正的实现任何业务功能,仅仅实现了任务的调度,线程的启动、停止等功能,线程需要执行的工作都是由用户来提交的。这个任务就是Task类的提交的,这里用到了典型的Command模式。

 

线程实现中的一些模式
下面的图是设计模式中Command模式的典型结构图:

Chrome的线程体系 - yolcy - 写着玩 

 

 
引用《设计模式》中的话:

 

把一个请求封装成一个对象,从而使你可以用不同的请求对客户进行参数化,对请求排队或者记录请求日志,以及支持可撤销的操作。

 

引用网友Venus的话。

Command模式
Command 模式,是一种看上去很酷的模式,传统的面向对象编程,我们封装的往往都是数据,在Command模式下,我们希望封装的是行为。这件事在函数式编程中很正 常,封装一个函数作为参数,传来传去,稀疏平常的事儿;但在面向对象的编程中,我们需要通过继承、模板、函数指针等手法,才能将其实现。。。
应用Command模式,我们是期望这个行为能到一个不同于它出生的环境中去执行,简而言之,这是一种想生不想养的行为。我们做Undo/Redo的时 候,会把在任一一个环境中创建的Command,放到一个队列环境中去,供统一的调度;在Chrome中,也是如此,我们在一个线程环境中创建了 Task,却把它放到别的线程中去执行,这种寄居蟹似的生活方式,在很多场合都是有用武之地的。。。
对应在Chrome中线程的实现Task实现了Command模式中的Command接口,而类似CancelableTask,DeleteTask,ReleaseTask等类实现了COncreteCommand类。MessageLoop类相当于是一个Receiver,负责接收各种任务,并进行处理。

举一个例子:

 

 Chrome中Command模式

这种设计方法,把线程的调度和实际的任务进行了分离,减少了模块之间的耦合性。同时具有:

1. 与我们传统的实现方式不同,抛弃了Callback函数方式,先注册,以后调用。采用Task方式,具有更多的自由度。

2. 一个Task对象和原先的请求发出者(Invoker)可以有不同的生命期。换言之,原先的请求发出者(Invoker)可能已经不在了,而Task对象本身仍然是活动的。

 


消息循环机制

未完待续

 

本文来自CSDN博客,转载请标明出处:http://blog.csdn.net/xingtian713/archive/2009/07/24/4378194.aspx

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