.NET中STAThread和MTAThread
本文讨论在.NET中使用进程内COM组件时的公寓模型,以一个示例直观演示STAThread和MTAThread的作用和区别。
1. COM中的公寓
1.1 基本规则
公寓是COM组件的运行环境,日常生活中公寓是用来住人的,COM中的公寓是用来住COM组件的对象的,每个COM对象必须且只能位于一个公寓中:单线程公寓(STA)或多线程公寓(MTA)。
每个进程可以有0或多个STA。
每个进程可以有0或1个MTA。
一个线程只能关联到一个公寓。因此所有关联到MTA的线程都是关联到进程唯一的一个MTA。
本线程访问与本线程关联的STA中的COM对象不需要列集,直接访问。
其他线程对STA中的COM对象的访问需要列集(marshal),通过列集,自动实现了多线程访问下的同步。
所有线程对MTA中的COM对象的访问不需要列集,直接访问,需要COM组件自身实现多线程下的同步。
(列集就是将函数调用序列化,实现跨边界调用,在Windows中通常是通过消息机制实现。在COM中RPC就是列集,在WinForm中Control.Invoke就是一种列集,Remoting也是列集,WCF也是列集,最近流行的RESTfull也是。。。)
1.2 公寓类型匹配
一个COM对象所属的公寓,由两个地方的配置确定:组件公寓模型和客户端线程公寓模型。
- 组件公寓模型是在组件注册到注册表时设定,通过组件公寓模型,组件声明自己可以住在什么样的公寓里。可选项包括:Apartment,Free和Both。Apartment,我只能住在单线程公寓中;Free,我只能住在多线程公寓中;Both,我随意,单线程公寓或多线程公寓都可以。
- 客户端线程公寓模型就是线程的公寓模型,表示当前线程提供什么样的公寓。可选项包括:单线程公寓(STA)或多线程公寓(MTA),也就是本文所讨论的STAThread和MTAThread。
下表列出了组件对象最终会住在什么公寓中的组合表:
客户端线程公寓模型 \ 组件公寓模型 | Apartment | Free | Both |
STA | STA | MTA | STA |
MTA | STA | MTA | MTA |
如果组件公寓模型为Apartment,不管客户端线程公寓模型是什么,组件最后都住在STA中,因为组件说了“我只能住在单线程公寓中”。如果当前线程是MTA,COM库会后台创建一个STA来放该组件的对象。
如果组件公寓模型为Free,不管客户端线程公寓模型是什么,组件最后都住在MTA中,因为组件说了“我只能住在多线程公寓中”。如果当前线程是STA,COM库会检查当前进程的MTA有没有创建,没有就创建进程的MTA,然后将组件的对象放在MTA中。
如果组件公寓模型为Both,组件最后都住在与当前线程关联的公寓中,如果当前线程是STA,它就住在STA中;当前线程是MTA,它就住在MTA中。本文中,我们会创建一个并注册一个Both类型的组件,然后分别在STA和MTA中创建该组件的对象。
1.3 .NET中设置客户端线程公寓模型
在.NET中使用COM组件时,需要设置线程的公寓模型。
在.NET中可以通过STAThread和MTAThread属性来设置主线程的公寓类型, 通过Thread.SetApartmentState可以设置工作线程的公寓类型。
对于WinForm或WPF应用程序,主线程的公寓模型必须为STA,因为用户界面对象都不是线程安全的。
对于控制台应用程序,主线程的公寓模型可以随意设置,为了方便,我们用控制台应用程序来演示。(用WinForm也完全可以演示,只是需要在工作线程中创建组件的对象。)
2. 一个简单的COM组件
为了演示单线程公寓和多线程公寓的区别,我们用ATL实现定义一个简单的COM组件SimpleCom,该组件包含一个返回字符串的方法Hello,返回的字符串分三步合成,每步之间通过Consume方法来消耗较长CPU周期,确保Hello不会在操作系统的一个时间片内被执行完成,保证Hello函数被并发执行,以达到演示的效果。代码如下:
// CSimpleCom.h
class ATL_NO_VTABLE CSimpleCom :
public CComObjectRootEx<CComSingleThreadModel>,
public CComCoClass<CSimpleCom, &CLSID_SimpleCom>,
public IConnectionPointContainerImpl<CSimpleCom>,
public CProxy_ISimpleComEvents<CSimpleCom>,
public IDispatchImpl<ISimpleCom, &IID_ISimpleCom, &LIBID_ATLTestLib, /*wMajor =*/ , /*wMinor =*/ >
{
public:
CSimpleCom()
{
this->m_iMember = ;
} DECLARE_REGISTRY_RESOURCEID(IDR_SIMPLECOM) BEGIN_COM_MAP(CSimpleCom)
COM_INTERFACE_ENTRY(ISimpleCom)
COM_INTERFACE_ENTRY(IDispatch)
COM_INTERFACE_ENTRY(IConnectionPointContainer)
END_COM_MAP() BEGIN_CONNECTION_POINT_MAP(CSimpleCom)
CONNECTION_POINT_ENTRY(__uuidof(_ISimpleComEvents))
END_CONNECTION_POINT_MAP() DECLARE_PROTECT_FINAL_CONSTRUCT() HRESULT FinalConstruct()
{
return S_OK;
} void FinalRelease()
{
} public:
STDMETHOD(Hello)(BSTR* a);
private:
int m_iMember;
CString m_str;
}; OBJECT_ENTRY_AUTO(__uuidof(SimpleCom), CSimpleCom)
// CSimpleCom.cpp
double Cosume()
{
double d = ;
for (int i = ; i < **; i++)
{
d += i;
}
return d;
} STDMETHODIMP CSimpleCom::Hello(BSTR* a)
{
m_str = L"0>你好! ";
Cosume();
CString str;
str.Format(L"1>m_iMember = %d; " , this->m_iMember++);
m_str += str;
Cosume();
m_str += L"2>再见~";
*a = m_str.AllocSysString();
return S_OK;
}
将组件的ThreadingModel设置为Both,生成项目,组件会自动注册。
接下来创建C#客户端,使用该组件。
3. C#客户端
新建一个C#控制台应用程序,添加对SimpleCom组件的引用,在主线程中创建SimpleCom组件的对象,在两个工作线程中同时调用该对象。
通过修改主线程的公寓类型,演示进程内COM组件对象在不同类型的公寓中的行为差异。
3.1 多线程公寓
在多线程公寓中创建SimpleCom组件的对象的代码如下:
namespace ConsoleApplication1
{
class Program
{
[MTAThread()]
static void Main(string[] args)
{
var v = new ATLTestLib.SimpleCom();
Thread t = new Thread(x =>
{
Run((ATLTestLib.ISimpleCom)x);
});
t.SetApartmentState(ApartmentState.STA);
t.Start(v);
Thread.Sleep();
Thread t2 = new Thread(x =>
{
Run((ATLTestLib.ISimpleCom)x);
});
t2.SetApartmentState(ApartmentState.STA);
t2.Start(v);
} static public void Run(ATLTestLib.ISimpleCom sc)
{
try
{
for (var i = ; i < ; i++)
{
Console.WriteLine(string.Format("[{0}] {1}",
Thread.CurrentThread.ManagedThreadId,
sc.Hello()));
}
}
catch (Exception ex)
{
Console.WriteLine(ex);
}
}
}
}
运行结果:
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 0; 1>m_iMember = 1; 2>再见~
[5] 0>你好! 2>再见~
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 2; 1>m_iMember = 3; 2>再见~
[5] 0>你好! 2>再见~
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 4; 1>m_iMember = 5; 2>再见~
[5] 0>你好! 2>再见~
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 6; 1>m_iMember = 7; 2>再见~
[5] 0>你好! 2>再见~
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 8; 1>m_iMember = 9; 2>再见~
[5] 0>你好! 1>m_iMember = 8; 1>m_iMember = 9; 2>再见~2>再见~
请按任意键继续. . .
原理说明:
由于两个线程的代码能够同时调用组件对象v的方法,组件中m_str的值被两个线程同时修改,Hello方法返回的值出现了混乱,典型的缺乏的同步的结果。
3.2 单线程公寓
单线程公寓只需要将上面代码中的MTAThread改为STAThread即可。
运行结果:
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 0; 2>再见~
[4] 0>你好! 1>m_iMember = 1; 2>再见~
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 2; 2>再见~
[4] 0>你好! 1>m_iMember = 3; 2>再见~
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 4; 2>再见~
[4] 0>你好! 1>m_iMember = 5; 2>再见~
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 6; 2>再见~
[4] 0>你好! 1>m_iMember = 7; 2>再见~
[3] 0>你好! 1>m_iMember = 8; 2>再见~
[4] 0>你好! 1>m_iMember = 9; 2>再见~
请按任意键继续. . .
原理说明:
由于对STA中对象的调用都被COM运行时列集,自动对多线程调用实现了同步。
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