Application Server 线程模型问题(200分)

<<<COM Threading Part 1>>>
很不好意思,前面写的不很明白.因为,在日本语键盘上敲中文实在太别扭,所以写的很短.
今天,我拼着不干活,尽量把这个问题讲清楚.还望各位多提意见.
首先,COM的Apartment概念是为了让COM的开发和使用都容易才引入Apartment概念的.但是
关于Apartment概念详细阐述的比较好的资料在国内可能比较少,所以有很多人对其理解上
存在一些疑问.这很正常,我当初为理解它也花了2周时间,参考了不少资料.
其次,marshal的问题.marshal主要是COM用来在进程间以及计算机间进行COM调用时用的,
即Proxy/stub模型.但是在进程内部有时也需要进行marshal,在下面详细阐述时,我会说明
marshal相关的问题.

要注意的是,有一些COM的基本概念在这儿我不会说明,我想在这儿的讨论
COM的人因该知道.还有,因为我用的是日语键盘,敲中文不方便,本文中
有错别字还请多包涵.上面讲了不少废话,下面言归正传.

1. COM Apartment的背景
大家都知道,在一个多线程的操作系统中,在线程中对一个多个线程公用的变量进行操作
时,线程的同步是必须的.这个变量可以是一个简单的Integer类型,也可以是一个class或是
一个COM对象. 对一个简单的Integer变量来说,线程的同步很简单,每次对它进行操作的
时候用Mutex等进行同步. 对于一个class或COM对象来说,你也可以采用对简单变量一样的
方法,但更好的方法是在其内部进行线程同步,这样便于使用.也就是说,你在实现这个class
或COM对象时,就要写线程同步代码.如果class或COM对象内部实现了线程同步,那么它就是
Thread-safe的.
现在的问题是,并不是每个人在写COM对象都保证它是Thread-safe的. 如果没有COM的
Apartment, 那么我们对所有开发的COM对象都要贴上一个标签指明它是不是Thread-safe,
这样使用这个COM对象的人才知道他如果要在多线程方式下使用这个COM对象时是不是要
进行线程同步.
COM的Runtime为了使大家不用在自己开发的COM对象上贴上这么一个标签,而开发人员
可以在没有写线程同步代码的情况下照样可以用不是Thread-safe的COM对象,引入了
Apartment.

2. COM Apartment的概念
为了解决上面所讲的Thread-safe问题,引入了COM Apartment概念.但到底COM Apartment
是什么? 大家考虑一下这个问题: 如果我写了一个不是Thread-safe的COM对象,把它交给
一个使用者,而且告述他是Thread-safe的.那么如果使用者在多线程环境下用我写
的这个COM对象就不会写线程同步代码,会出现什么情况? 答案是明显的,执行结果会
有问题. COM的Runtime为了使使用者在开发者没有告述他COM对象的Thread-safe问题的
情况下也能在各个线程模式下安全使用,要求一个COM对象能够告述COM的Runtime环境它
能在什么线程模式下被安全使用, 同时,使用者在使用一个COM对象之前,也必须告述
COM的Runtime环境他将在什么线程模式下使用这个COM对象,如果两者的线程模式不一样,
那么COM的Runtime环境就会介入,为它们完成线程的同步问题.COM Apartment就是COM的
Runtime环境对COM Client和COM对象的线程模式的包装(实际上是在TLS里面加上了线程
模式的标志). 在开发一个COM对象时开发者必须指定这个COM对象的线程模式(这一点大家
应该都已经知道了). COM对象的线程模式会在它注册时写入系统的注册表. 使用者在每个
使用COM对象的线程中必须首先调用CoInitialize,CoInitializeEx等来告述COM Runtime
环境将在那种线程模式下使用COM对象.

(to be continued)

3. COM对象的建立与调用
在一个COM对象被建立时,COM Runtime会根据它在注册表中指定的线程模式来建立它的
Apartment.关于COM对象的各种线程模式我不想在这儿多说,到处都能找到有关的说明.
关于Apartment的模式有以下几种:
Primary Single-Threaded Apartment: 这种Apartment在一个进程中只会有一个,
而且只处在第一次建立它的线程中.它对应Single线程模型.(PrimarySTA)
Single-Threaded Apartment: 这种Apartment在一个进程中会有多个.
它对应Apartment线程模型.(STA)
Multi-Threaded Apartment: 这种Apartment在一个进程中只会有一个,
它对应Free线程模型.(MTA)
Any : 这种Apartment在一个进程中可能有多个,也可能只有一个,
它对应Both线程模型.(STA/MTA)
Thread-Neutral Apartment: 这时在COM+中出现的, 它一直执行在COM Client的
进程之外的独立的进程之中.对应Neutral线程模型.(TNA)

COM Client在指定它所使用的线程模型时在调用CoInitializeEx是第二个参数用
Single-Threaded Apartment(COINIT_APARTMENTTHREADED)和
Multi-Threaded Apartment(COINIT_MULTITHREADED)来指明进入的是那种Apartment.

COM Runtime在建立COM对象时根据它在注册表中指定的线程模式将COM对象建立相应的
Apartment之中, 然后根据COM Client所使用的线程模式, 对COM调用采取不同的动作.
下面我想讨论一下不同COM Client和COM对象的线程模式COM Runtime采取的动作,但对于
Primary Single-Threaded Apartment,因为这种模式效率不好,基本已经不用,所以对它
不进行讨论.

1)COM对象为STA,Client线程初始化为COINIT_APARTMENTTHREADED
COM Runtime将建立STA COM对象,Client的线程进入这个STA并
直接得到COM对象指针.

2)COM对象为STA,Client线程初始化为COINIT_MULTITHREADED
如果这个COM对象没有被建立过,COM Runtime将为这个COM对象建立一个
新的线程并在这个新线程中建立STA COM对象, Client线程进入的是MTA,得到的将是
新的线程中这个COM对象的被marshal的指针.如果这个COM对象被建立过,COM Client线
程得到的将是已经建立的STA线程中COM对象的被marshal的指针.

3)COM对象为MTA,Client线程初始化为COINIT_APARTMENTTHREADED
如果这个COM对象没有被建立过,COM Runtime将为这个COM对象建立一个
新的线程并在这个新线程中建立MTA COM对象, COM Client线程进入STA,得到的将是
新的线程中这个COM对象的被marshal的指针.如果这个COM对象被建立过,Client线
程得到的将是已经建立的MTA线程中COM对象的被marshal的指针.

4)COM对象为MTA,COM Client为COINIT_MULTITHREADED
如果这个COM对象没有被建立过,COM Runtime将建立MTA COM对象.
COM Client线程进入MTA并直接得到COM对象的指针.
如果这个COM对象被初始化过, Client线程进入已经建立的MTA并直接得到COM对象的指针.

5)COM对象为Any,COM Client为COINIT_APARTMENTTHREADED
如果这个COM对象没有被初始化过,COM Runtime将建立STA COM对象,Client线程进入STA,
直接得到COM对象指针.

6)COM对象为Any,COM Client为COINIT_MULTITHREADED
如果这个COM对象没有被初始化过,COM Runtime将建立MTA COM对象,
Client线程进入这个MTA并直接得到COM对象的指针.如果这个COM对象被初始化过,
Client线程进入已经建立的MTA并直接得到COM对象的指针.

7)COM对象为TNA
这个从COM+开始的线程模式比较特殊,无论COM Client用那种方式初始化,它都
只存在于Client进程之外(DllHost.Exe中).而且Client用那种方式初始化都可以
'直接'进入TNA. 请注意,直接是打了引号的,其实,Client进入TNA时是通过marshal的,
只是这个marshal的作用稍微有点不同,这在以后说明.

(to be continued)

唉, 键盘敲的累死了,也没人鼓励一下.

4. 关于marshal
在COM中marshal分为三种: 进程内的marshal, 同一计算机中进程间的marshal,
以及不同计算机间的marshal. 进程内和进程间的marshal是通过Local RPC完成的,
计算机间的marshal通过DCE RPC来完成. 进程间和计算机间的marshal是必须的,
进程内marshal是在不同Apartment之间进行方法调用和传递对象Interface时发生.
在同一Apartment内的调用用不着marshal. 举个例子来说, 一个处于MTA中的Client线程,
想要调用一个处于STA中的对象时, COM Runtime会走进来, 对这个调用进行marshal.
为什么要marshal? 因为MTA本身说明了现在是一个多线程的环境, 而STA中的对象不是
Thread-safe的,那么对这个不是Thread-safe的对象的调用必须要序列化(排队).
COM Runtime为了保证不是Thread-safe的对象的调用序列化, 必须要截获对该对象的
调用, 然后进行排队. marshal就是起这个作用. 实际上,COM Runtime会截获MTA中的
线程对STA对象的调用(通过Proxy),将这个调用通过消息传递方式传递给STA对象的
stub, 在完成调用后由stub将结果传回Proxy. 对于对象的Interface, 也是同样的道理.
对于COM+的Thread-Neutral Apartment比较特殊, 它是一直需要marshal的, 一个方面
是因为它处于不同的进程中.另外一个重要原因是, COM+提供了一系列新的功能, 如
Object Pooling, Object Construct String等. COM+必须要截获Client对COM对象的调用
才能完成将COM对象从缓冲池中取出以及放回缓冲池等的操作.
那么marshal是自动还是手工完成的呢? 方法调用是自动完成的.对象的Interface的
传递,一般情况下, 是自动完成的,比如你通过调用CoCreateInstanceEx,
CoGetClassObject等得到的对象Interface,以及通过方法调用传递的对象Interface.
但是有些情况下必须手工marshal. 还是形象写,举个例子: 比如我有一个COM Server, 它
监视一个工控装置的信号, 如果信号有异常,它要通知客户端,让客户端进行报警动作.为了
实现这个功能, 客户端和我的COM Server通过IConnectionPoint完成事件触发机制.为了
提高性能, COM Server的主线程接受客户端通过IConnectionPoint的Advise传来的
Interface指针, 并将之放到一个Interface指针表里, 主线程运行在STA中. 另外建立了
一个运行于MTA中的线程专门用来监视信号,如果信号异常,它将调用Interface指针表里
所有Interface的方法来通知客户端. 现在如果理解COM的机制的人看到我这个实现方法就
知道这里面需要对Interface指针进行手工marshal. 为什么, 客户端通过IConnectionPoint
传给我的COM Server主线程的Interface指针是自动进行了marshal, 但是, 由于我的
COM Server的专门用来监视信号的线程运行在和主线程不同的Apartment之中, 对这个线程
来说, 这些Interface指针是没有经过marshal的, 在调用是就会出现RPC_E_WRONG_THREAD
错误. 要解决这个问题,有两个办法, 1) 让我的主线程也运行在MTA中.这种方法简单.
2) 手工marshal. 在主线程中得到客户端的Interface指针后, 调用
CoMarshalInterThreadInterfaceInStream, 得到一个IStream的指针,让后将它放到
IStream的指针表里, 监视信号的线程要通知客户端时,从IStream的指针表取得
IStream指针, 然后调用CoGetInterfaceAndReleaseStream得到marshal后的客户端
Interface指针. 这种方法有个缺点, 就是一旦调用CoGetInterfaceAndReleaseStream后
这个IStream指针就被释放掉了,下一次就取不到了. 更好的解决方法是采用GIT(global
interface table), 主线程将它得到的Interface指针放到GIT, 监视信号的线程从GIT
中取到的Interface指针是正确marshal了的. GIT是一个COM对象, 有三个方法提供
Interface指针的存取,使用也很简单,这儿就不多说了,具体请参照帮助.

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