进程、线程：多线程开发可能遇到的问题及其解决方法

灰太狼 2022-01-24 00:37 403阅读 0赞

### 线程的几种状态：线程原理 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDY3NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
小结：  
1.每一个线程一定会有一个名字，如果用户没有指定名字，系统会为线程指定一个名字（Thread-1/2/3…）。  
2.当线程的run方法结束的时候该线程完成任务。  
3.我们程序员无法控制线程调试的顺序。CPU根据当时的状态自行决定。  
4.线程的几种状态。

### 线程间的变量共享 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDY3NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDY3NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
执行结果分析：其中的一种，其他可自行分析。  
in work2,g\_num=102 此时work1在阻塞状态，work1和work2都已完成第一次加1操作。  
in work1,g\_num=103 此时work2在阻塞状态，work2完成了第二次加1操作，work1完成 第一次加1操作。  
in work2,g\_num=104 此时work1在阻塞状态，work1和work2都已完成第二次加1操作。  
in work1,g\_num=105 此时work2在阻塞状态，work2完成了第三次加1操作，work1完成  
第二次加1操作。  
in work2,g\_num=106 此时work1在阻塞状态，work1和work2都已完成第三次加1操作。  
in work1,g\_num=106 此时work2在死亡状态，work1和work2都已完成第三次加1操作。

### 多线程和多进程 ###

（1）功能：  
进程：能够完成多任务，比如在一台能够同时运行多个QQ:  
线程：能够完成多任务，比如一个QQ中的多个聊天窗口。  
（2）定义：  
进程是系统进行资源分配和调试的一个独立单位。  
线程是进程的一个实体，是CPU调用和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运行 的基本单位。

线程自己基本上不拥有系统资源，但是它可以与同属于一个进程的其它线程共享进程所 拥有的全部资源。

### （3）区别： ###

一个程序至少有一个进程，一个进程至少有一个线程，线程的划分尺度小于进程（资 源比进程少），使得多线程程序并发性更高。进程在执行过程中拥有独立的内存单元， 而多个线程共识这段儿内存空间。线程不能独立运行，必需依存进程。

### （4）优缺点： ###

线程和进程在使用上各有优势和缺点：线程的执行开销小，但不利于资源的管理和 保存。进程正好相反。

### 1、线程不安全 ###

先看一个例子：假设两个线程t1\\t2都要对num进行操作（增1），t1和t2都各自对num修改10次，num最终的值应该为20.紧接着我们把10次改为100000000次，由于多线程访问，有可能不一样的结果。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDY3NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
问题分析：  
问题产生的原因就是没有控制多个线程对同一资源的访问，对数据造成破坏，  
使得线程运行的结果达不到预期。这种现象我们称为“线程不安全”  
解决思路：  
1.t1被调用的时候，获取g\_num=0, 然后上一把锁，即不允许其它线程操作g\_num。  
2.对num进行加1  
3.解锁，g\_num = 1,其它的线程就可以使用g\_num的值，而且g\_num的值不是原来的0  
4.同理其它线程在对num进行修改时，都要先上锁，处理完成后再解锁。  
在上锁的整个过程中，不允许其它线程访问，保证了数据的正确性。

### 2、互斥锁 ###

解决方案：互斥锁

互斥锁：当多个线程几乎同时修改某一个共享数据的时候，需要进行同步控制。线程同步能够保证多个线程安全访问“竞争资源”，最简单的同步机制就是引用互斥锁。互斥锁为资源引入一个状态：锁定/非锁定状态。某个线程要更改共享数据时，先将其锁定，此时资源状态为“锁定”，其它线程不能更改;直到当前线程释放资源，将资源变成"非锁定"状态，其它的线程才能再次锁定该资源。互斥锁保证了每次只有一个线程进行“写操作”,从而保证多个线程数据正确性。

在threading模块当中，定义一个Lock类，可以方便的处理锁定：  
Lock类的使用示例：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NDY3NTM4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
分析：一个变量被锁住之后，必须解锁才可以重新使用。否则不可使用。而且锁住之后只能运行一个线程，降低了效率。

分析：上锁/解锁过程。  
当一个线程调用锁的acquire()方法获取锁时，锁就进行“锁定（Locked）”状态。每次只有一个线程可以获得这个锁。如果此时另一个线程试图获取锁中的资源，该线程就会变为“阻塞”状态。直到拥有锁的那个线程执行release(),锁就变成“非锁定（Unlocked）”状态。  
线程调试程序从处于同步阻塞状态的线程中选择一个来获得锁，并使得该线程进入“运行（running）”状态。

##### 锁的好处： #####

1.确定了某段代码只能由一个线程从头到尾完整地执行。  
2.全局变量的安全

锁的坏处：  
1.阻止了多线程的并发执行，包含锁的某段代码实际上只能以单线程模块执行，效率大大地下降了。  
2.由于可以存在多个锁，不同的线程持有不同的锁，并试图获取对方持有的锁的时，可能会造成“死锁”。

### 3、死锁 ###

死锁的两种情况：  
（1）同一个线程先后两次调用lock,在第二次调用时,由于锁已经被自己占用,该线程会挂起等待自己释放锁,由于该线程已被挂起而没有机会释放锁,因此 它将一直处于挂起等待状态，变为死锁；

（2）线程A获得了锁1,线程B获得了锁2,这时线程A调用lock试图获得锁2,结果是需要挂起等待线程B释放锁2,而这时线程B也调用lock试图获得锁1,结果是需要挂起等待线程A释放锁1,于是线程A和B都在等待对方释放自己才释放，从而造成两个都永远处于挂起状态，造成死锁。

死锁概念：在线程间共享多个资源的时候，如果两个线程分别占有一部分资源并且同时等待对方的资源时，就会造成死锁。尽管死锁很少发生，但一旦发生就会造成应用的停止响应。

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