STA and MTA

这篇文章摘自网络。

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:组件公寓模型客户端线程公寓模型

  1. 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。
  2. 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 =*/ 1, /*wMinor =*/ 0>
 {
 public:
     CSimpleCom()
     {
         this->m_iMember = 0;
     }
 
 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 = 0;
     for (int i = 0; i < 1000*1000*300; 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(300);
             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 = 0; i < 5; 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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