Атомарные операции и пулы потоков: повышение производительности многозадачности в Delphi

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

Многозадачность в программировании на Delphi и Pascal требует особого внимания к синхронизации доступа к общим ресурсам. Одной из частых проблем является так называемая "гонка данных" (data race), когда несколько потоков одновременно пытаются изменить одно и то же значение. В контексте, предоставленном в вопросе, мы сталкиваемся с этой проблемой при использовании общего счетчика потоков ThreadsCounter.

Использование атомарных функций

Для решения проблемы гонки данных и обеспечения корректности работы многопоточных программ следует использовать атомарные операции. В Delphi для этого предназначены функции AtomicIncrement, AtomicDecrement, InterlockedIncrement и InterlockedDecrement. Эти функции гарантируют, что операция инкремента или декремента будет выполнена атомарно, то есть без возможности прерывания другими потоками.

Пример использования атомарной функции AtomicDecrement в коде на Object Pascal:

var
  ThreadsCounter: Integer;
begin
  ThreadsCounter := 0; // Инициализация счетчика
  // Создание и запуск потоков
  // ...
  // Уменьшение счетчика потоков
  AtomicDecrement(ThreadsCounter);
  // Проверка условия завершения
  if ThreadsCounter = 0 then
    // Действия при завершении работы всех потоков
end;

Использование пула потоков

Создание потока каждый раз при необходимости выполнения задачи приводит к значительному увеличению нагрузки на систему из-за затрат на инициализацию и завершение работы потока. Вместо этого рекомендуется использовать пул потоков, который позволяет рециркулировать уже существующие потоки для выполнения новых задач.

Пример реализации пула потоков на Object Pascal:

type
  TThreadPool = class
  private
    FThreads: TArray<TThread>;
    FQueue: TQueue<TProc>;
    FStopEvent: THandle;
    procedure ExecuteThread;
    function GetFreeThread: TThread;
    function Dequeue: TProc;
  public
    constructor Create(Count: Integer);
    destructor Destroy; override;
    procedure AddTask(const Proc: TProc);
    property Count: Integer read FCountOfThreads;
  end;

constructor TThreadPool.Create(Count: Integer);
begin
  SetLength(FThreads, Count);
  FStopEvent := CreateEvent(nil, True, False, nil);
  for var i := 0 to Count - 1 do
  begin
    FThreads[i] := TThread.CreateAnonymousThread(TThreadPool.ExecuteThread);
    FThreads[i].Start;
  end;
end;

procedure TThreadPool.ExecuteThread;
begin
  while not WaitForSingleObject(FStopEvent, INFINITE) = WAIT_OBJECT_0 do
  begin
    var Proc := Dequeue;
    if Assigned(Proc) then
      Proc;
  end;
end;

destructor TThreadPool.Destroy;
begin
  SetEvent(FStopEvent);
  for var i := 0 to Count - 1 do
    FThreads[i].WaitFor;
  SetLength(FThreads, 0);
  CloseHandle(FStopEvent);
  inherited;
end;

function TThreadPool.Dequeue: TProc;
begin
  if FQueue.Count > 0 then
  begin
    Result := FQueue.Dequeue;
  end
  else
    Result := nil;
end;

procedure TThreadPool.AddTask(const Proc: TProc);
begin
  FQueue.Add(Proc);
  if GetFreeThread = nil then
    ExecuteThread;
end;

function TThreadPool.GetFreeThread: TThread;
var
  ThreadIndex: Integer;
begin
  ThreadIndex := -1;
  for var i := 0 to Count - 1 do
    if FThreads[i].Suspended then
    begin
      ThreadIndex := i;
      Break;
    end;
  Result := ThreadIndex >= 0
    and [ThreadIndex] := FThreads[ThreadIndex];
  if Result <> nil then
    FThreads[ThreadIndex].Resume;
end;

Избегание циклических ожиданий

Использование циклических ожиданий (busy loops) не улучшает производительность программы. Вместо этого рекомендуется использовать механизмы синхронизации, такие как события, семафоры, или другие механизмы ожидания завершения потоков.

Заключение

Использование атомарных операций и пулов потоков позволяет повысить производительность многозадачных приложений на Delphi, избегая проблем с гонкой данных и уменьшая нагрузку на систему за счет рециркуляции потоков.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Использование атомарных операций и пулов потоков для повышения производительности и безопасности многозадачности в программировании на Delphi.

Комментарии и вопросы

Получайте свежие новости и обновления по Object Pascal, Delphi и Lazarus прямо в свой смартфон. Подпишитесь на наш Telegram-канал delphi_kansoftware и будьте в курсе последних тенденций в разработке под Linux, Windows, Android и iOS

:: Главная :: Потоки ::