多執行緒程式設計實戰：從簡單範例進化到陣列化管理

多執行緒是提升應用程式回應性與並行處理能力的關鍵技術。本文以「三個執行緒分別在三個畫布繪製不同顏色橢圓」為例，展示從獨立函式、參數化單一函式、到陣列化統一管理的三階段重構過程，並說明關鍵同步與資源釋放細節。

階段一：三個獨立執行緒函式

最直觀的寫法：每個執行緒對應一個 ThreadFunN，內部硬編碼畫布與顏色。

function ThreadFun1(p: Pointer): Integer; stdcall;
var i, x1,y1,x2,y2: Integer;
begin
  Form1.PaintBox1.Canvas.Brush.Color := clRed;
  for i := 0 to 50000 do with Form1.PaintBox1 do
  begin
    x1 := Random(Width); y1 := Random(Height);
    x2 := Random(Width); y2 := Random(Height);
    Canvas.Lock; Canvas.Ellipse(x1,y1,x2,y2); Canvas.Unlock;
    Sleep(0);
  end; Result := 0;
end;
{ ThreadFun2/ThreadFun3 同理，分別用 clGreen、clBlue }

啟動：CreateThread(nil, 0, @ThreadFun1, nil, 0, ID) 三次。FormDestroy 呼叫 CloseHandle 釋放句柄。

缺點：程式碼大量重複，維護困難，擴充性差。

階段二：單一函式 + 指標參數區分

利用 CreateThread 的 lpParameter 傳入索引（1/2/3），在單一 ThreadFun 內 case 選擇畫布與顏色。

function ThreadFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
var i,x1,y1,x2,y2: Integer; paint: TPaintBox;
begin
  case Integer(p) of
    1: begin paint := Form1.PaintBox1; paint.Canvas.Brush.Color := clRed; end;
    2: begin paint := Form1.PaintBox2; paint.Canvas.Brush.Color := clGreen; end;
    3: begin paint := Form1.PaintBox3; paint.Canvas.Brush.Color := clBlue; end;
  end;
  for i := 0 to 5000 do with paint do
  begin
    x1 := Random(Width); y1 := Random(Height);
    x2 := Random(Width); y2 := Random(Height);
    Canvas.Lock; Canvas.Ellipse(x1,y1,x2,y2); Canvas.Unlock;
    Sleep(0);
  end; Result := 0;
end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var ID: DWORD;
begin
  h1 := CreateThread(nil, 0, @ThreadFun, Ptr(1), 0, ID);
  h2 := CreateThread(nil, 0, @ThreadFun, Ptr(2), 0, ID);
  h3 := CreateThread(nil, 0, @ThreadFun, Ptr(3), 0, ID);
end;

進步：邏輯集中，減少重複。但仍需手動管理三個句柄變數。

階段三：陣列化全自動管理（推薦）

使用常數陣列定義顏色，動態陣列管理畫布與執行緒句柄，迴圈建立/釋放，極易擴充至 N 個執行緒。

const
  colors: array[0..2] of TColor = (clRed, clGreen, clBlue);
var
  hArr: array[0..2] of THandle;
  panitArr: array[0..2] of TPaintBox;

function ThreadFun(p: Pointer): Integer; stdcall;
var i,n,x1,y1,x2,y2: Integer;
begin
  n := Integer(p);
  panitArr[n].Canvas.Brush.Color := colors[n];
  for i := 0 to 5000 do with panitArr[n] do
  begin
    x1 := Random(Width); y1 := Random(Height);
    x2 := Random(Width); y2 := Random(Height);
    Canvas.Lock; Canvas.Ellipse(x1,y1,x2,y2); Canvas.Unlock;
    Sleep(0);
  end; Result := 0;
end;

procedure TForm1.Button1Click(Sender: TObject);
var ID: DWORD; i: Integer;
begin
  panitArr[0] := PaintBox1; panitArr[1] := PaintBox2; panitArr[2] := PaintBox3;
  for i := 0 to High(hArr) do
    hArr[i] := CreateThread(nil, 0, @ThreadFun, Ptr(i), 0, ID);
end;

procedure TForm1.FormDestroy(Sender: TObject);
var i: Integer;
begin
  for i := 0 to High(hArr) do CloseHandle(hArr[i]);
end;

關鍵技術點補充

• Canvas.Lock/Unlock：VCL Canvas 非執行緒安全，繪圖前必須鎖定，防止多執行緒同時存取導致 GDI 錯誤或畫面撕裂。
• Sleep(0)：主動讓出時間片，降低 CPU 佔用，讓其他執行緒與主執行緒（UI）有機會執行。
• 句柄管理：CreateThread 回傳的 THandle 必須在視窗銷毀前呼叫 CloseHandle，否則造成核心物件洩漏。
• 參數傳遞：Ptr(i) 將整數轉為無型別指標，執行緒函式以 Integer(p) 取回，類型安全需自行把關。

進階建議

1. 實務專案建議使用 TThread 類別封裝，提供 Synchronize/Queue 安全更新 UI、例外處理、FreeOnTerminate 自動釋放等機制。
2. 大量平行計算可考慮 System.Threading.TTask、TParallel.For（PPL）或執行緒池，避免頻繁建立/銷毀執行緒開銷。
3. 共享資料需用 Critical Section、Interlocked 或無鎖資料結構保護。

從「複製貼上」到「參數化」再到「資料驅動陣列化」，這三階段演進體現了軟體工程「消除重複、提高內聚、便於擴充」的核心思想。