傳統(tǒng)的應(yīng)用程序都是單線程的，即在程序運(yùn)行期間，由單個(gè)線程獨(dú)占CPU的控制權(quán)，負(fù)責(zé)執(zhí)行所有任務(wù)。在這種情況下，程序在執(zhí)行一些比較費(fèi)時(shí)的任務(wù)時(shí)，就無法及時(shí)響應(yīng)用戶的操作，影響了應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)性能。在監(jiān)控系統(tǒng)，特別是遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中，應(yīng)用程序往往不但要及時(shí)把監(jiān)控對象的最新信息反饋給監(jiān)視客戶(通過圖形顯示)，還要處理本地機(jī)與遠(yuǎn)程機(jī)之間的通信以及對控制對象的實(shí)時(shí)控制等任務(wù)，這時(shí) ，僅僅由單個(gè)線程來完成所有任務(wù)，顯然無法滿足監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性要求。在DOS系統(tǒng)下，這些工作可以由中斷來完成。而在Windows NT下，中斷機(jī)制對用戶是不透明的。為此，可引進(jìn)多線程機(jī)制，主線程專門負(fù)責(zé)消息的響應(yīng)，使程序能夠響應(yīng)命令和其他事件。輔助線程可以用于完成其他比較費(fèi)時(shí)的工作，如通信、圖形顯示和后臺(tái)打印等，這樣就不至于影響主線程的運(yùn)行。
1 Windows NT 多線程概述
　　Windows NT是一個(gè)真正的搶占式多任務(wù)操作系統(tǒng)。在Windows NT中，啟動(dòng)一個(gè)應(yīng)用程序就是啟動(dòng)該應(yīng)用程序的一個(gè)實(shí)例，即進(jìn)程。進(jìn)程由一個(gè)或多個(gè)線程構(gòu)成，擁有內(nèi)存和資源，但自己不能執(zhí)行自己，而是進(jìn)程中的線程被調(diào)度執(zhí)行。進(jìn)程至少要有一個(gè)線程，當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程時(shí)，就創(chuàng)建了一個(gè)線程，即主線程。主線程可以創(chuàng)建其他輔助線程，由主線程創(chuàng)建的線程又可創(chuàng)建線程。每個(gè)線程都可指定優(yōu)先級，操作系統(tǒng)根據(jù)線程的優(yōu)先級調(diào)度線程的執(zhí)行。
　　Windows NT中使用多線程的方法有三種：
　　· 使用C多線程庫函數(shù)；
　　· 使用CreateThread() 等Win32函數(shù)；
　　· 使用MFC類。
　　本文采用第三種方法。在Visual C++5.0 中，MFC應(yīng)用程序用CWinThread 對象表示線程。基本操作如下：
　　· 創(chuàng)建新線程：調(diào)用MFC全局函數(shù)AfxBeginThread( )創(chuàng)建新線程。AfxBeginThread( )啟動(dòng)新線程并返回控制，然后，新線程和調(diào)用AfxBeginThread( )的線程同時(shí)運(yùn)行。它的返回值為指向CWinThread對象的指針；
　　· 暫停/恢復(fù)線程：調(diào)用CWinThread類成員函數(shù)SuspendThread( )暫停線程的運(yùn)行，調(diào)用ResumeThread( )成員函數(shù)恢復(fù)線程的運(yùn)行；
　　· 終止線程：在線程內(nèi)部可調(diào)用全局函數(shù)AfxEndThread( )終止線程的運(yùn)行，否則，線程執(zhí)行結(jié)束后，線程自動(dòng)從線程函數(shù)返回并釋放線程占有的資源。
2 基于TCP/IP 的多線程編程
　　TCP/IP是Internet上廣泛使用的一種協(xié)議，可用于異種機(jī)之間的互聯(lián)。TCP/IP協(xié)議本身是非常復(fù)雜的，然而在網(wǎng)絡(luò)編程中，程序員不必考慮TCP/IP的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，只需利用協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)編程接口Socket(亦稱套接字)即可。在Windows中，網(wǎng)絡(luò)編程接口是Windows Sockets,它包含標(biāo)準(zhǔn)的Berkley Sockets的功能調(diào)用的集合，以及為Windows 所做的一些擴(kuò)展。TCP/IP協(xié)議的應(yīng)用一般采用客戶/服務(wù)器模式，面向連接的應(yīng)用調(diào)用如圖1所示。

　　根據(jù)上述順序調(diào)用函數(shù)建立連接后，通信雙方便可交換數(shù)據(jù)^[1]。然而，在調(diào)用帶*號的函數(shù)時(shí)，操作常會(huì)阻塞，特別是當(dāng)套接字工作在同步阻塞模式(Blocking Mode)時(shí)。這時(shí)，程序無法響應(yīng)任何消息。為了避免出現(xiàn)這種情況，本文引進(jìn)輔助線程。在執(zhí)行含有可能阻塞的函數(shù)的任務(wù)時(shí)，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建新的線程，專門處理該任務(wù)。主線程把任務(wù)交給輔助線程后，不再對輔助線程加以控制與調(diào)度。本文分別針對connect()、accept()、receive()、send()等可能阻塞的函數(shù)創(chuàng)建了相應(yīng)的線程，如表1所示。

　　多線程編程常常還要考慮線程間的通信。線程間的通信可以采用全局變量、指針參數(shù)和文件映射等方式。本文采用指針參數(shù)方式。在調(diào)用AfxBeginThread()函數(shù)時(shí)，通過傳遞指針參數(shù)的方式在主線程與輔助線程間通信。
　　AfxBeiginThread( )函數(shù)的用法如下：
　　CWinThread* AfxBeginThread( AFX_THREADPROC pfnThreadProc,
　　LPVOID pParam,
　　int nPriority＝THREAD_PRIORITY_NORMAL,
　　UINT nStackSize＝0,
　　DWORD dwCreateFlags＝0,
　　LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttrs＝NULL );
　　參數(shù)pfnThreadProc指定線程函數(shù),必須如下定義：
　　UINT MyControllingFunction( LPVOID pParam );
　　參數(shù)pParam 是調(diào)用線程傳遞給線程函數(shù)pfnThreadProc的參數(shù)；
　　其他參數(shù)一般只需采用缺省值。
　　指針參數(shù)通信方式就是通過參數(shù)pParam在線程間通信的，它可為指向任何數(shù)據(jù)類型的指針。本文中，定義了一個(gè)名叫EXCHANGE_INFO的結(jié)構(gòu)如下：
　　typedef struct
　　{　 SOCKET sServerSocket;
　　　　SOCKET *psClientSocket;
　　　　SOCKADDR_IN *pClientAddr;
　　　　BOOL *pbConnected;
　　　　unsigned char *pucBuffer;
　　　　int *pnMessageLen;
　　} EXCHANGE_INFO；
　　在需要通信時(shí)，先聲明一個(gè)結(jié)構(gòu)變量，再把變量的指針作為pParam參數(shù)，調(diào)用AfxBeginThread((AFX_THREADPROC) CSocketThread::WaitForConnectThread, (LPVOID)& m_ExchangeInfo)函數(shù)即可。
　　為了利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)編程所具有的模塊性強(qiáng)、便于修改、可移植性好等優(yōu)點(diǎn)，本文還把表1中的線程封裝為父類為CWinThread的自定義類CSocketThread中。還自定義了一個(gè)叫CSocketComm的新類，封裝了一些函數(shù)，如CreateSocket、ConnectToServer、WaitForClient、ReadMessage、SendMessage等，這些函數(shù)屏蔽了面向連接的通信程序的實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，如創(chuàng)建、連接、發(fā)送和接收等，在這些函數(shù)里，動(dòng)態(tài)創(chuàng)建輔助線程。
　　下面以CSocketComm類中的等待客戶連接請求的函數(shù)WaitForClient()為例，注釋說明多線程編程的具體細(xì)節(jié)。
　　BOOL CSocketComm::WaitForClient()
　　{
　　if( m_bConnected ) return( TRUE );
　　//配置bind函數(shù)的參數(shù),即服務(wù)器的套接字地址結(jié)構(gòu)
　　SOCKADDR_IN Addr;
　　memset( &Addr, 0, sizeof( SOCKADDR_IN ) );
　　Addr.sin_family ＝ AF_INET;
　　Addr.sin_port ＝ htons( m_nPort );
　　Addr.sin_addr.s_addr ＝ htonl( INADDR_ANY );
　　//將套接字地址結(jié)構(gòu)賦予套接字(綁定)，以指定本地半相關(guān)
　　int nReturnValue;
　　nReturnValue ＝ ::bind( m_sServerSocket, (LPSOCKADDR) &Addr,sizeof( SOCKADDR_IN ) );
　　if( nReturnValue ＝＝ SOCKET_ERROR ) return( FALSE );
　　 //配置傳給WaitForConnectThread線程函數(shù)的參數(shù)m_ExchangeInfo
　　m_ExchangeInfo.sServerSocket ＝ m_sServerSocket;
　　m_ExchangeInfo.psClientSocket ＝ &m_sClientSocket;
　　m_ExchangeInfo.pClientAddr ＝ &m_ClientAddr;
　　m_ExchangeInfo.pbConnected ＝ &m_bConnected;
　　//以m_ExchangeInfo的指針為參數(shù)調(diào)用WaitforConnectThread線程等待客戶端連接
　　AfxBeginThread((AFX_THREADPROC)CSocketThread::
　　WaitForConnectThread, (LPVOID) & m_ExchangeInfo );
　　return( TRUE );
　　}
　　//等待連接線程
　　UINT CSocketThread::WaitForConnectThread(LPVOIDpParam)
　　{
　　EXCHANGE_INFO*pExchangeInfo＝(EXCHANGE_INFO *) pParam;
　　int nReturnValue, nClientAddrSize ＝ sizeof( SOCKADDR_IN );
　　//偵聽連接
　　nReturnValue ＝ ::listen(pExchangeInfo －＞sServerSocket, 1 );
　　if( nReturnValue ＝＝ SOCKET_ERROR ) return( 0 );
　　//阻塞調(diào)用accept，直至有客戶連接請求
　　*pExchangeInfo－＞psClientSocket ＝ ::accept(pExchangeInfo－＞sServerSocket, (LPSOCKADDR) pExchangeInfo －＞pClientAddr, &nClientAddrSize );
　　if( (*pExchangeInfo －＞psClientSocket) !＝ INVALID_SOCKET )
　　//通過pExchangeInfo的指針在線程間通信
　　*pExchangeInfo－＞pbConnected ＝ TRUE;
　　return( 0 );
　　}
3 應(yīng)用實(shí)例－高層協(xié)議的設(shè)計(jì)
　　在電廠和電站中，為了保證安全工作，保護(hù)系統(tǒng)必不可少。保護(hù)系統(tǒng)的電源供應(yīng)通常使用兩種方式。一般情況下，使用交流電系統(tǒng)對保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行供電；當(dāng)交流電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí),立即使用后備的蓄電池系統(tǒng)對保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行供電。為了對蓄電池系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和管理，以保證蓄電池在關(guān)鍵時(shí)刻能正常工作，設(shè)計(jì)了在Windows NT環(huán)境下具有遠(yuǎn)程通訊功能和動(dòng)態(tài)人機(jī)界面的智能蓄電池遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 。該系統(tǒng)由蓄電池智能管理、充電機(jī)控制、母線絕緣在線檢測、聲光報(bào)警、系統(tǒng)組態(tài)、遠(yuǎn)程通信等子系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對蓄電池/充電機(jī)智能化遠(yuǎn)程管理和控制，對整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，具有多媒體報(bào)警、事件處理、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、趨勢畫面和動(dòng)態(tài)畫面顯示、操作提前提醒等功能。系統(tǒng)框圖如圖2所示。在遠(yuǎn)程通信模塊中，遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)需把監(jiān)控客戶的操作命令及時(shí)傳給本地機(jī)，本地機(jī)根據(jù)命令控制充電機(jī)，使之按照一定的方式工作，而本地機(jī)需定時(shí)向遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)反饋實(shí)時(shí)的充電機(jī)狀態(tài)信息。它們之間的通信是基于TCP/IP的廣域網(wǎng)通信，而且，我們引進(jìn)了多線程機(jī)制以保證系統(tǒng)具有良好的實(shí)時(shí)性。

　　下面以其中的充電機(jī)控制系統(tǒng)為例談?wù)勅绾问褂肅SocketComm類進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。為簡單起見，假定本地機(jī)與遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)之間通信的信息僅有下面三種類型：
　　·本地機(jī)接收到該命令后，控制充電機(jī)按照穩(wěn)壓模式運(yùn)行，輸出電壓為電壓給定值；
　　·本地機(jī)接收到該命令后，控制充電機(jī)按照穩(wěn)流定時(shí)模式運(yùn)行，輸出電流為電流給定值；
　　·本地機(jī)向遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)發(fā)送充電機(jī)的實(shí)時(shí)狀態(tài)數(shù)據(jù)(包括輸出電壓、輸出電流、狀態(tài)指示和故障類型指示)。
　　在基于TCP/IP的面向連接的網(wǎng)絡(luò)通信中，客戶與服務(wù)器之間傳送的是有序可靠的字節(jié)流(Byte Stream)，所以程序員有必要在傳輸層TCP上定義自己的高層協(xié)議，設(shè)計(jì)幀結(jié)構(gòu)，將字節(jié)流變成有意義的信息。在CSocketComm類中由AssembleMessage( )函數(shù)把數(shù)據(jù)組合成一定的幀結(jié)構(gòu)。幀結(jié)構(gòu)為：