多執行緒程式設計範例解析：從時鐘顯示到檔案複製的並行思維

前言

理論再豐富，不如一個能跑的範例。本文以兩個經典案例——**對話框時鐘**與**非阻塞檔案複製**——帶你走完「建立執行緒 → 執行任務 → 安全終止 → UI 回應」完整閉環，並對比單執行緒的痛點。

案例一：對話框時鐘 (Worker Thread + 簡單終止)

專案建立

1. MFC AppWizard → Dialog based → 專案名 MultiThreadClock
2. 對話框放兩個 Button (IDC_START/IDC_STOP, Caption「啟動」/「停止」) + 一個 Edit (IDC_TIME)

核心代碼

// MultiThreadClockDlg.h
class CMultiThreadClockDlg : public CDialog {
    HANDLE m_hThread;
    DWORD  m_dwThreadId;
    HANDLE m_hStopEvent;          // 優雅終止訊號
    // ...
};

// MultiThreadClockDlg.cpp
UINT __cdecl ClockThread(LPVOID pParam) {
    CMultiThreadClockDlg* pDlg = (CMultiThreadClockDlg*)pParam;
    while (WaitForSingleObject(pDlg->m_hStopEvent, 0) != WAIT_OBJECT_0) {
        CTime t = CTime::GetCurrentTime();
        CString str = t.Format(_T("%H:%M:%S"));
        // 跨執行緒更新 UI 必須用 PostMessage 或 SendMessage
        pDlg->PostMessage(WM_USER_UPDATE_TIME, 0, (LPARAM)(new CString(str)));
        Sleep(1000);
    }
    return 0;
}

void CMultiThreadClockDlg::OnStart() {
    m_hStopEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL); // 手動重置、初始非觸發
    m_hThread = CreateThread(NULL, 0, ClockThread, this, 0, &m_dwThreadId);
}

void CMultiThreadClockDlg::OnStop() {
    SetEvent(m_hStopEvent);          // 通知執行緒退出
    WaitForSingleObject(m_hThread, INFINITE); // 等待實際結束
    CloseHandle(m_hThread); m_hThread = NULL;
    CloseHandle(m_hStopEvent); m_hStopEvent = NULL;
}

// 訊息處理
#define WM_USER_UPDATE_TIME (WM_USER + 100)
BEGIN_MESSAGE_MAP(CMultiThreadClockDlg, CDialog)
    ON_MESSAGE(WM_USER_UPDATE_TIME, OnUpdateTime)
END_MESSAGE_MAP()

LRESULT CMultiThreadClockDlg::OnUpdateTime(WPARAM, LPARAM lParam) {
    CString* pStr = (CString*)lParam;
    SetDlgItemText(IDC_TIME, *pStr);
    delete pStr; // 記得釋放
    return 0;
}

關鍵點解析

• 優雅終止：用 Event 而非 TerminateThread，讓執行緒自行清理資源
• 跨執行緒更新 UI：嚴禁直接呼叫 SetDlgItemText，必須 PostMessage 丟給 UI 執行緒處理
• 參數傳遞：CreateThread 的 lpParameter 傳 this，執行緒函式轉型取用

案例二：非阻塞檔案複製 (UI 執行緒 + Worker Thread + 進度回報)

痛點回顧

單執行緒複製大檔案時，UI 凍結，「取消」按鈕點不動，使用者以為死機狂點。多執行緒讓複製在背景跑，UI 保持流暢。

架構設計

struct CopyParam {
    CString src, dst;
    HWND    hProgress;      // 進度條控制代碼
    HANDLE  hStopEvent;     // 取消訊號
    HANDLE  hDoneEvent;     // 完成訊號
};

UINT __cdecl CopyThread(LPVOID pParam) {
    CopyParam* p = (CopyParam*)pParam;
    CFile srcFile(p->src, CFile::modeRead | CFile::shareDenyWrite);
    CFile dstFile(p->dst, CFile::modeCreate | CFile::modeWrite);
    ULONGLONG total = srcFile.GetLength(), done = 0;
    BYTE buf[64*1024]; // 64KB 緩衝

    while (done < total) {
        if (WaitForSingleObject(p->hStopEvent, 0) == WAIT_OBJECT_0) break;
        UINT nRead = srcFile.Read(buf, sizeof(buf));
        if (nRead == 0) break;
        dstFile.Write(buf, nRead);
        done += nRead;
        int percent = (int)(done * 100 / total);
        ::SendMessage(p->hProgress, PBM_SETPOS, percent, 0); // 直接送訊息更新進度條
    }
    srcFile.Close(); dstFile.Close();
    SetEvent(p->hDoneEvent);
    return 0;
}

// UI 啟動
void OnCopy() {
    param.hStopEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
    param.hDoneEvent = CreateEvent(NULL, TRUE, FALSE, NULL);
    param.hProgress = GetDlgItem(IDC_PROGRESS)->m_hWnd;
    AfxBeginThread(CopyThread, ¶m);
}

// UI 取消
void OnCancel() { SetEvent(param.hStopEvent); }

// 等待完成 (可在另一執行緒或定時器輪詢)
WaitForSingleObject(param.hDoneEvent, INFINITE);

進階優化：IOCP 非同步複製

對超大檔 (GB 級) 或高併發，改用 FILE_FLAG_OVERLAPPED + ReadFileEx/WriteFileEx + 完成例程，完全無阻塞，CPU 佔用極低。

多執行緒設計三大黃金法則 (範例驗證版)

1. 共享資料最小化：案例一只共享 m_hStopEvent、案例二只共享 CopyParam 結構體
2. 同步原語正確選用：單一布林旗標用 Event、複雜資料結構用 CriticalSection/Mutex、生產消費用 Semaphore
3. UI 執行緒神聖不可侵犯：所有控制項操作 **只能** 在 UI 執行緒 (透過訊息/委派) 執行

效能權衡：何時「不」用多執行緒

• 任務極短 (毫秒級) → 執行緒建銷開銷 > 任務本身
• 高度 CPU 密集且核心數有限 → 切換開銷抵消並行收益
• 大量鎖競爭 → 序列化反而更快
• 簡單腳本/工具 → 複雜度不值得

結語

從一個每秒更新的時鐘，到一個可隨時取消的大檔複製，多執行緒的價值具象化為：**使用者感知不到的後台工作，與永不凍結的前台體驗**。掌握 CreateThread/AfxBeginThread、Event/Mutex、PostMessage 三板斧，配合「優雅啟動、優雅終止、跨執行緒 UI 安全」三原則，你就能駕馭 90% 的桌面並行場景。下一步，請嘗試將案例二改寫為 std::thread + std::atomic + lambda 現代 C++ 風格，感受 RAII 帶來的安心。