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劉永寧 中國石化石油勘探開發(fā)研究院南京石油物探研究所 摘要： 多線程的應用程序可充分利用計算機資源,，能有效提高應用程序的運行效率。本文通過實例敘述了使用ORACLE OCI 編寫多線程的應用程序的方法和多線程應用程序的運行機制,。 關鍵字： OCI 線程 互斥 應用程序 將一個較為復雜的應用軟件按功能劃分為若干執(zhí)行不同操作的模塊,，再利用多線程機制使它們同時運行在多處理機或單處理機系統(tǒng)上，就能提高軟件的運行效率,。本文討論多線程的實用性,，并通過實例（二個線程反復輪流地交叉操作進程中二個緩沖區(qū),，以提高CPU的利用率）來說明多線程的運作機制和怎樣利用Oracle提供的編程接口函數(shù)，編寫運行在多線程環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫應用軟件,。
線程可以看作是由進程產(chǎn)生的一些可執(zhí)行單位,。它們能夠共享進程中相同的代碼段和數(shù)據(jù)段，但它們有自己的程序計數(shù)器,，寄存器和堆棧,。程序中的全局變量對所有線程來講都是公用的。由于多個線程可能會同時訪問這些公用的數(shù)據(jù)元素,，所以要用互斥機制來管理對這些公用數(shù)據(jù)的訪問,，保證它們的正確性。該機制稱為互斥鎖,，它能保證應用程序中同時訪問共享資源的多個線程不發(fā)生矛盾沖突,。 在多處理機系統(tǒng)中多個線程同時運行在不同的處理機上，顯然可以提高軟件的運行速度,；在單處理機系統(tǒng)中,，可用多個線程分開執(zhí)行慢操作（如人機交互，I/O操作等）和快操作（數(shù)據(jù)計算處理）,，也可提高軟件的運行效率,。我們考慮顯示地震勘探三維數(shù)據(jù)體程序。常規(guī)的程序流程是： 從數(shù)據(jù)庫中讀數(shù)據(jù) 解壓 三維圖象處理 顯示 由于地震勘探三維數(shù)據(jù)體的數(shù)據(jù)量較大,，從數(shù)據(jù)庫讀數(shù)據(jù)到顯示出圖象的串行操作要花費一些時間,。當數(shù)據(jù)少時，所花時間相對要少,，人有時還感覺不到,；但當數(shù)據(jù)量很大時，這個過程需要花費很多時間,。分析流程中四個步驟就會發(fā)現(xiàn)：讀數(shù)據(jù)和顯示部分主要是和外部設備打交道,，讀數(shù)據(jù)還需使用網(wǎng)絡；而解壓和三維圖象處理部分基本上是在主機內(nèi)部作運算,。我們知道對外設上數(shù)據(jù)的存取和計算機運算操作在速度上有很大差異,，當外設與主存儲器之間傳輸數(shù)據(jù)時，CPU有時可能會出現(xiàn)空閑,。也就是說,，在讀數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)的過程中，可能會浪費一些CPU資源,。若采用多線程方式編寫這個程序,，就會提高程序的運行效率。將整個過程分二個線程：一個讀數(shù)據(jù)線程專門負責從數(shù)據(jù)庫中取數(shù)據(jù)；另一個顯示線程負責數(shù)據(jù)的解壓,，三維圖象處理和顯示輸出,。在程序中安排二個緩沖區(qū)，用于存放數(shù)據(jù),。讀數(shù)據(jù)線程輪流地向這二個緩沖區(qū)中寫數(shù)據(jù),，同樣，顯示線程也跟著輪流地使用緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù),。即，當讀數(shù)據(jù)線程向緩沖區(qū)1中寫數(shù)據(jù)時,，顯示線程可處理緩沖區(qū)2中的數(shù)據(jù),；而當讀數(shù)據(jù)線程向緩沖區(qū)2中寫數(shù)據(jù)時，顯示線程可處理緩沖區(qū)1中的數(shù)據(jù),。這樣,，就將一個進程的串行操作改為二個線程的并行操作，可以充分地利用CPU資源,。由于這二個線程可能會同時訪問相同的緩沖區(qū),，這是不允許的，可用互斥鎖機制來協(xié)調(diào)這二個線程之間的關系,。
OCI(Oracle Call Interface)是ORACLE提供的面向程序員的C語言編程接口，是開發(fā)ORACLE數(shù)據(jù)庫應用軟件的較好的工具,。用它開發(fā)出的應用程序運行效率比用Pro*C/C++的要高,。程序員利用其中提供的函數(shù)，能訪問Oracle數(shù)據(jù)庫服務器,。OCI應用程序的主要任務之一是處理SQL語句或PL/SQL腳本,，在程序執(zhí)行的過程中將用戶對數(shù)據(jù)庫服務器的請求送到ORACLE服務器，并接收來自服務器的響應,。 Oracle數(shù)據(jù)庫服務器和OCI函數(shù)庫的線程安全特征允許程序開發(fā)人員在多線程環(huán)境中使用OCI,。有了線程安全特征，OCI函數(shù)代碼才具有可重入性,，因此從應用程序的多個線程中同時發(fā)出OCI調(diào)用才不會彼此產(chǎn)生不良影響,。要實現(xiàn)多線程安全化，應用程序必須在調(diào)用OCI初始化函數(shù)時定義mode參數(shù)為OCI_THREADED,它告訴OCI接口層,，本應用程序運行在安全的多線程方式中,。 OCI的OCIThread軟件包提供了一些線程化函數(shù)，主要有三種類型,。實際使用情況見后面的編程實例,。 ⑴初始化和結(jié)束函數(shù) 在調(diào)用其他函數(shù)之前必須調(diào)用OCIThreadProcessInit()函數(shù)，執(zhí)行OCIThread軟件包的初始化工作，然后再調(diào)用OCIThreadInit()函數(shù),，初始化OCIThread上下文,，供其他OCIThread函數(shù)使用。調(diào)用OCIThreadTerm()函數(shù),，結(jié)束OCIThread接口層的處理,，釋放OCIThread上下文內(nèi)存。 ⑵線程管理函數(shù) 類型為OCIThreadHandle的線程句柄用于表示線程的內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),。在使用之前,，應該用OCIThreadHndInit()來分配和初始化，用完后應調(diào)用OCIThreadHndDestroy()來釋放內(nèi)存,。用OCIThreadCreate()函數(shù)創(chuàng)建新線程,。用OCIThreadId類型變量來標識一個線程。使用OCIThreadIdInit()來分配和初始化線程ID,而用OCIThreadIdDestroy()來釋放線程ID的結(jié)構(gòu),。用OCIThreadClose()函數(shù)關閉線程,。OCIThreadJoin()函數(shù)允許調(diào)用者線程與其他線程連接，當要想連接的線程正在運行時,，阻塞調(diào)用該函數(shù)的線程,。直到指定的線程運行結(jié)束，這個調(diào)用者線程才被喚醒,，方能繼續(xù)執(zhí)行下去,。 ⑶互斥鎖管理函數(shù) 在應用程序中用類型OCIThreadMutex的變量來表示互斥鎖?；コ怄i在使用之前必須用OCIThreadMutexInit()初始化,，用完后要用OCIThreadMutexDestroy()釋放內(nèi)存結(jié)構(gòu)。一個線程可用OCIThreadMutexAcquire()來掌握一把互斥鎖,，任何時候至多只能有一個線程掌握這把互斥鎖,，掌握這把互斥鎖的線程能夠用OCIThreadMutexRelease()來釋放它。當一個線程掌握這把互斥鎖后,，其它線程若想再掌握這把互斥鎖,，就會被阻塞。直到掌握這把鎖的線程釋放它,，被阻塞的線程之一才能得到它,，獲得互斥鎖的線程才能繼續(xù)執(zhí)行下去。
下面用一個實例來講述多線程方式ORACLE應用程序的編寫和多線程的運行機制,，仍以顯示地震三維數(shù)據(jù)體為例,。將從數(shù)據(jù)庫中讀數(shù)據(jù)當作一個線程，數(shù)據(jù)解壓,，三維圖象處理和顯示當作另一個線程,，在進程中給出二個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，使這二個線程輪流交叉使用這二個緩沖區(qū)。并用二把互斥鎖來協(xié)調(diào)這二個線程對緩沖區(qū)的使用,。為能清楚而簡單地說明線程和互斥鎖的使用,，這里僅給出程序的主要代碼段。 #include <oci.h> struct thrs_data { OCIThreadMutex *mutex1; 緩沖區(qū)1互斥鎖 int buffer1[10240]; 緩沖區(qū)1 OCIThreadMutex *mutex2; 緩沖區(qū)2互斥鎖 int buffer2[10240]; 緩沖區(qū)2 int flag; 數(shù)據(jù)處理結(jié)束標志 int start_read; 開始讀數(shù)據(jù)標志 int start_disp; 開始顯示數(shù)據(jù)標志 }; OCIEnv *envhp; OCI環(huán)境句柄 OCIError *errhp; OCI錯誤記錄句柄 void read_fun(dvoid *arg); void disp_fun(dvoid *arg); int main(int argc, char* argv[]) { OCIThreadId *tId1,*tId2; 線程ID句柄 OCIThreadHandle *tHnd1,*tHnd2; 線程句柄 struct thrs_data op_data; 定義數(shù)據(jù) OCI初始化（線程安全性）和分配句柄： OCIEnvCreate((OCIEnv **) &envhp,OCI_THREADED,(dvoid *)0, (dvoid* (*)(dvoid*,size_t))0,(dvoid* (*)(dvoid*,dvoid*,size_t))0, (void (*)(dvoid *, dvoid *)) 0, (size_t) 0,(dvoid **) 0 ); OCIHandleAlloc((dvoid *)envhp, (dvoid **)&errhp, OCI_HTYPE_ERROR,(size_t)0, (dvoid **)0); 線程軟件包和線程初始化： OCIThreadProcessInit(); OCIThreadInit(envhp,errhp); 初始化線程ID和線程句柄： OCIThreadIdInit(envhp,errhp,&tId1); OCIThreadHndInit(envhp,errhp,&tHnd1); OCIThreadIdInit(envhp,errhp,&tId2); OCIThreadHndInit(envhp,errhp,&tHnd2); 分配和初始化互斥鎖： OCIThreadMutexInit(envhp,errhp,&(op_data.mutex1)); OCIThreadMutexInit(envhp,errhp,&(op_data.mutex2)); 創(chuàng)建新的線程,，執(zhí)行線程函數(shù)調(diào)用： op_data.start_read=0; op_data.start_disp=0; OCIThreadCreate(envhp,errhp,read_fun,(dvoid *)&op_data, tId1,tHnd1); OCIThreadCreate(envhp,errhp,disp_fun,(dvoid *)&op_data, tId2,tHnd2); 參數(shù)read_fun和disp_fun是二個線程函數(shù),，op_data是送給線程函數(shù)的變量。 等待線程執(zhí)行完成并關閉線程句柄： OCIThreadJoin(envhp,errhp,tHnd1); OCIThreadClose(envhp,errhp,tHnd1); OCIThreadJoin(envhp,errhp,tHnd2); OCIThreadClose(envhp,errhp,tHnd2); 釋放互斥鎖內(nèi)存： OCIThreadMutexDestroy(envhp,errhp,&(op_data.mutex1)); OCIThreadMutexDestroy(envhp,errhp,&(op_data.mutex2)); 釋放線程ID和線程句柄： OCIThreadIdDestroy(envhp,errhp,&tId1); OCIThreadHndDestroy(envhp,errhp,&tHnd1); OCIThreadIdDestroy(envhp,errhp,&tId2); OCIThreadHndDestroy(envhp,errhp,&tHnd2); 釋放線程上下文： OCIThreadTerm(envhp,errhp); 釋放所有分配的句柄,。 OCIHandleFree((dvoid *)errhp, OCI_HTYPE_ERROR); OCIHandleFree((dvoid *)envhp, OCI_HTYPE_ENV); } 下面是二個線程函數(shù)主要代碼段： void read_fun(dvoid* arg) { 讀數(shù)據(jù)進緩沖區(qū)函數(shù) struct thrs_data *op_data; int n=0; op_data=(struct thrs_data *)arg; for(int k=0;k<5;k++) { 在實際應用中,，此處可為for(;;) ,讓退出循環(huán)的 條件由要讀的實際數(shù)據(jù)確定，這里用5次循環(huán),，是為 了能夠運行給出的框架程序,。 OCIThreadMutexAcquire(envhp,errhp,op_data->mutex1); 獲得互斥鎖 op_data->start_read=1; 告訴顯示線程，讀線程已使用緩沖區(qū) printf("read data into buffer1 ...\n"); 在實際應用中,，此處應調(diào)用“讀數(shù)據(jù)進緩沖區(qū)1”的函數(shù)。 OCIThreadMutexRelease(envhp,errhp,op_data->mutex1); 釋放互斥鎖 在實際應用中,，此處可為：當所有數(shù)據(jù)都讀完時,，使op_data->flag=1;并退出循環(huán)體 OCIThreadMutexAcquire(envhp,errhp,op_data->mutex2); printf("read data into buffer2 ...\n"); 在實際應用中，此處應調(diào)用“讀數(shù)據(jù)進緩沖區(qū)2”的函數(shù),。 if(n==0) while(op_data->start_disp==0); 循環(huán)第一次結(jié)束時要等待顯示線程啟 n=1; 動并使用緩沖區(qū) OCIThreadMutexRelease(envhp,errhp,op_data->mutex2); if(k==2) { 這里的代碼段,，是為了能演示框架程序； op_data->flag=2; 在實際應用中,，此處可為： break; 當所有數(shù)據(jù)都讀完時,，使op_data->flag=2; } 并退出循環(huán)體 } } void disp_fun(dvoid* arg) { 處理和顯示數(shù)據(jù)函數(shù) struct thrs_data *op_data; op_data=(struct thrs_data *)arg; for(;;) { while(op_data->start_read==0); 開始時保證讀數(shù)據(jù)線程先使用緩沖區(qū) OCIThreadMutexAcquire(envhp,errhp,op_data->mutex1); op_data->start_disp=1; 告訴讀數(shù)據(jù)線程，顯示線程已開始使用緩沖區(qū) printf(" display buffer1 ...\n"); 在實際應用中,，此處應調(diào)用“使用緩沖區(qū)1中數(shù)據(jù),，解壓，圖象處理和顯示”的函數(shù),。 OCIThreadMutexRelease(envhp,errhp,op_data->mutex1); if(op_data->flag==1) break; 退出循環(huán)體,，返回 OCIThreadMutexAcquire(envhp,errhp,op_data->mutex2); printf(" display buffer2 ...\n"); 在實際應用中，此處應調(diào)用“使用緩沖區(qū)2中數(shù)據(jù),，解壓,，圖象處理和顯示”的函數(shù)。 OCIThreadMutexRelease(envhp,errhp,op_data->mutex2); if(op_data->flag==2) break; 退出循環(huán)體,，返回 } } thrs_data結(jié)構(gòu)中的幾個變量用于讀數(shù)據(jù)線程和顯示線程的開始控制和結(jié)束控制,。start_read:當二個線程同時啟動或顯示線程先啟動時，保證讀數(shù)據(jù)線程先使用緩沖區(qū),，=1表示讀數(shù)據(jù)線程已使用了緩沖區(qū),；start_disp:在讀數(shù)據(jù)線程對緩沖區(qū)進行第一輪操作時，當它已將2個緩沖區(qū)寫滿，而此時顯示線程還沒有啟動或還沒有使用過緩沖區(qū),，這時應將讀數(shù)據(jù)線程阻塞住,，防止它覆蓋掉緩沖區(qū)中未顯示的數(shù)據(jù)，=1表示顯示線程已啟動并已使用了緩沖區(qū),。在后續(xù)交替讀數(shù)據(jù)和顯示數(shù)據(jù)的過程中,，由互斥鎖來協(xié)調(diào)二個線程之間的關系。Flag:用于標識數(shù)據(jù)的結(jié)束,，=1表示在緩沖區(qū)1上結(jié)束,，=2表示在緩沖區(qū)2上結(jié)束。 在PC機LINUX下,，使用ORACLE 8i數(shù)據(jù)庫,，框架程序的編譯連結(jié)命令為： gcc -g -o thread thread.cpp \ -I$ORACLE_HOME/rdbms/demo -I/usr/i386-glibc20-linux/include \ -I$ORACLE_HOME/rdbms/public -I$ORACLE_HOME/network/public \ -L$ORACLE_HOME/lib -lclntsh 參考文獻： oracle 技術資料：《Oracle Call Interface Programmer’s Guide》 |
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