Техники синхронизации потоков в многопоточных приложениях на Delphi

Delphi , Компоненты и Классы , Потоки

Вопрос о том, когда следует использовать критические разделы, является ключевым для разработчиков многопоточных приложений, особенно тех, которые работают с большими объемами данных. В контексте заданного вопроса рассматривается приложение, которое использует множество потоков для чтения и записи данных из/в большие файлы. Потоки выполняют одинаковые операции: чтение специфических данных из файлов, их парсинг и запись обратно в файл. Основная проблема заключается в том, что одновременное чтение и запись в один и тот же файл может привести к ошибкам. Для синхронизации доступа к файлам предложено использовать критические разделы, которые будут обеспечить последовательный доступ к ресурсам.

Подтвержденный ответ

Использование критических разделов (TCriticalSection) необходимо, когда несколько потоков одновременно обращаются к общим ресурсам, и хотя бы один из потоков выполняет запись в эти ресурсы. Без синхронизации, чтение данных, происходящее одновременно с записью, может привести к получению неконсистентных данных, что, в свою очередь, может вызвать непредсказуемое поведение программы.

Альтернативный ответ

В качестве альтернативы использованию критических разделов, можно рассмотреть алгоритм, основанный на использовании очереди. Такой подход позволяет избежать блокировок и гарантирует, что два потока не будут работать с одними и теми же данными одновременно. Это достигается путем разделения данных на отдельные "задачи" (jobs), которые затем помещаются в очередь. Потоки делятся эту очередь, беря задачи для выполнения. Это исключает необходимость в критических разделах для самих потоков, так как они просто обращаются к общим данным через механизм очереди, доступ к которому защищен критическим разделом.

Пример реализации на Object Pascal (Delphi)

program MultiThreadedFileProcessing;

{$APPTYPE CONSOLE}

uses
  System.SysUtils,
  System.Classes,
  Generics.Collections;

type
  TFileJob = record
    FileName: string;
    Offset, Size: Int64;
  end;

  TFileProcessor = class
  private
    FQueue: TQueue<TFileJob>;
  public
    constructor Create;
    destructor Destroy; override;
    procedure AddJob(const AFileName: string; const AOffset, ASize: Int64);
    function GetJob: TFileJob;
  end;

{ TFileProcessor }

constructor TFileProcessor.Create;
begin
  FQueue := TQueue<TFileJob>.Create;
end;

destructor TFileProcessor.Destroy;
begin
  FQueue.Free;
  inherited;
end;

procedure TFileProcessor.AddJob(const AFileName: string; const AOffset, ASize: Int64);
begin
  FQueue.Enqueue(TFileJob.Create(AFileName, AOffset, ASize));
end;

function TFileProcessor.GetJob: TFileJob;
begin
  if FQueue.Count > 0 then
    Result := FQueue.Dequeue
  else
    Result := nil;
end;

var
  Processor: TFileProcessor;
  Job: TFileJob;
  I: Integer;
begin
  Processor := TFileProcessor.Create;
  try
    // Добавление задач в очередь
    for I := 0 to 10 do
      Processor.AddJob('file' + I.ToStr + '.raw', 0, 1024 * 1024);

    // Создание и запуск потоков
    for I := 0 to 3 do
    begin
      var Thread: TThread;
      Thread := TThread.CreateAnonymousThread(
        procedure
        begin
          while True do
          begin
            Job := Processor.GetJob;
            if Job = nil then
              Break;
            // Здесь должен быть код обработки файла
            Writeln('Обработка файла: ' + Job.FileName + ', смещение: ' + Job.Offset.ToString);
          end;
        end
      );
      Thread.Start;
    end;

    // Ждем завершения всех потоков
    {$IFNDEF UNIX}  // Для Windows
    Readln;
    {$ELSE}
    Sleep(10000); // Ждем 10 секунд
    {$ENDIF}
  finally
    Processor.Free;
  end;
end.

В этом примере используется класс TFileProcessor, который управляет очередью задач для обработки файлов. Каждая задача представляет собой чтение определенного сегмента файла. Потоки обращаются к классу TFileProcessor для получения задач из очереди, что исключает необходимость в критических разделах для самих потоков, так как доступ к очереди защищен критическим разделом внутри класса TFileProcessor.

Создано по материалам из источника по ссылке.

Использование критических разделов необходимо для синхронизации доступа к общим ресурсам в многопоточных приложениях, особенно при одновременном чтении и записи, чтобы избежать ошибок и обеспечить корректность данных.

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 ::