多线程 Direct2D 应用

项目
03/13/2025

如果开发 Direct2D 应用，则可能需要从多个线程访问 Direct2D 资源。在其他情况下，你可能希望使用多线程来获得更好的性能或更好的响应能力（例如使用一个线程进行屏幕显示和单独的线程进行脱机呈现）。

本主题介绍开发多线程 Direct2D 应用的最佳做法，这些应用几乎没有 Direct3D 呈现。并发问题导致的软件缺陷可能难以跟踪，并且规划多线程策略并遵循此处所述的最佳做法会很有帮助。

注意

如果访问两个 Direct2D 从两个不同的单线程 Direct2D 工厂创建的资源，则只要基础 Direct3D 设备和设备上下文也不同，就不会导致访问冲突。在谈到本文中的“访问 Direct2D 资源”时，它实际上意味着“访问从同一 Direct2D 设备创建的 Direct2D 资源”，除非另有说明。

开发仅调用 Direct2D API 的 Thread-Safe 应用

可以创建多线程 Direct2D 工厂实例。可以使用和共享多线程工厂及其来自多个线程的所有资源，但对这些资源（通过 Direct2D 调用）的访问由 Direct2D 序列化，因此不会发生访问冲突。如果应用仅调用 Direct2D API，则 Direct2D 会自动以最小开销的粒度级别执行此类保护。在此处创建多线程工厂的代码。

ID2D1Factory* m_D2DFactory;

// Create a Direct2D factory.
HRESULT hr = D2D1CreateFactory(
    D2D1_FACTORY_TYPE_MULTI_THREADED,
    &m_D2DFactory
);

此处的图像显示了 Direct2D 如何序列化两个仅使用 Direct2D API 进行调用的线程。

两个序列化线程的关系图。

使用最少的 Direct3D 或 DXGI 调用开发 Thread-Safe Direct2D 应用

通常，Direct2D 应用也会进行一些 Direct3D 或 DXGI 调用。例如，显示线程将在 Direct2D 中绘制，然后使用 DXGI 交换链呈现。

在这种情况下，确保线程安全性更为复杂：某些 Direct2D 调用间接访问基础 Direct3D 资源，另一个调用 Direct3D 或 DXGI 的线程可能会同时访问这些资源。由于这些 Direct3D 或 DXGI 调用无法识别和控制 Direct2D，需要创建多线程 Direct2D 工厂，但必须执行 mor作以避免访问冲突。

此图显示了 Direct3D 资源访问冲突，因为线程 T0 间接通过 Direct2D 调用访问资源，而 T2 通过 Direct3D 或 DXGI 调用直接访问同一资源。

注意

Direct2D 提供的线程保护（此图像中的蓝色锁）在此示例中无济于事。

线程保护关系图。

为避免此处的资源访问冲突，建议显式获取 Direct2D 用于内部访问同步的锁，并在线程需要进行 Direct3D 或可能导致访问冲突的 DXGI 调用时应用该锁，如下所示。具体而言，应特别注意使用异常或基于 HRESULT 返回代码的早期系统的代码。出于此原因，建议使用 RAII（资源获取是初始化）模式来调用 Enter，保留方法。

注意

请务必将对 Enter 和 Leave 方法的调用配对，否则应用可能会死锁。

此处的代码演示了何时锁定和解锁 Direct3D 或 DXGI 调用的示例。

void MyApp::DrawFromThread2()
{
    // We are accessing Direct3D resources directly without Direct2D's knowledge, so we
    // must manually acquire and apply the Direct2D factory lock.
    ID2D1Multithread* m_D2DMultithread;
    m_D2DFactory->QueryInterface(IID_PPV_ARGS(&m_D2DMultithread));
    m_D2DMultithread->Enter();
    
    // Now it is safe to make Direct3D/DXGI calls, such as IDXGISwapChain::Present
    MakeDirect3DCalls();

    // It is absolutely critical that the factory lock be released upon
    // exiting this function, or else any consequent Direct2D calls will be blocked.
    m_D2DMultithread->Leave();
}

注意

某些 Direct3D 或 DXGI 调用（尤其是 IDXGISwapChain：:P resent）可能会获取调用函数或方法代码中的锁和/或触发回调。应注意这一点，并确保此类行为不会导致死锁。有关详细信息，请参阅 DXGI 概述主题。

direct2d 和 direct3d 线程锁定关系图。

使用 Enter 和 Leave 方法时，调用受自动 Direct2D 和显式锁定的保护，因此应用不会发生访问冲突。

还有其他方法可以解决此问题。但是，我们建议使用 Direct2D 锁显式保护 Direct3D 或 DXGI 调用，因为它通常提供更好的性能，因为它在更精细的级别保护并发，并在 Direct2D 的覆盖下开销较低。

确保有状态作的原子性

虽然 DirectX 的线程安全功能可以帮助确保没有两个单独的 API 调用同时进行，但还必须确保发出有状态 API 调用的线程不会相互干扰。下面是一个示例。

有两行文本要呈现到屏幕上（由线程 0）和屏幕外（按线程 1）：第 1 行是“A 更大”，第 2 行是“比 B”，这两行都将使用纯黑色画笔绘制。
线程 1 绘制第一行文本。
线程 0 对用户输入做出反应，将文本行分别更新为“B 较小”和“比 A”，并将画笔颜色更改为纯红色作为自己的绘图：
线程 1 继续绘制第二行文本，即现在为“比 A”，红色画笔：
最后，我们在屏幕外绘图目标上得到两行文本：黑色“A 更大”，红色为“比 A”。

屏幕线程和屏幕外线程的关系图。

在顶部行中，Thread 0 使用当前文本字符串和当前黑色画笔绘制。线程 1 仅完成上半部分的屏幕外绘图。

在中间行中，Thread 0 响应用户交互，更新文本字符串和画笔，然后刷新屏幕。此时，将阻止线程 1。在底部行中，线程 1 恢复绘制下半部分后的最后一个屏幕外呈现，其中包含已更改的画笔和已更改的文本字符串。

若要解决此问题，建议为每个线程创建单独的上下文，以便：

应创建设备上下文的副本，以便可变资源（即在显示或打印期间可能有所不同的资源，如文本内容或示例中的纯色画笔）在呈现时不会更改。在此示例中，应在绘制前保留这两行文本和颜色画笔的副本。这样做可以保证每个线程都有完整且一致的内容来绘制和呈现。
应共享重量级资源（如位图和复杂效果图），这些资源初始化一次，然后从未在线程间修改，以提高性能。
可以共享轻量级资源（如纯色画笔和文本格式），这些资源初始化一次，然后永远不会在线程之间修改

总结

开发多线程 Direct2D 应用时，必须创建多线程 Direct2D 工厂，然后从该工厂派生所有 Direct2D 资源。如果线程 Direct3D 或 DXGI 调用，则还必须显式获取，然后应用 Direct2D 锁来保护这些 Direct3D 或 DXGI 调用。此外，必须通过为每个线程提供可变资源的副本来确保上下文完整性。

通过

多线程 Direct2D 应用

开发仅调用 Direct2D API 的 Thread-Safe 应用

使用最少的 Direct3D 或 DXGI 调用开发 Thread-Safe Direct2D 应用

确保有状态作的原子性

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