多线程：常见题目

港控/mmm° 2022-08-08 12:57 130阅读 0赞

# 1、线程基本概念、线程状态 #

线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），是程序执行流的最小单元。  
线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源（ **线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno变量、线程私有数据**）；  
它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源（ **可执行文本程序、程序全局内存和堆内存、栈以及文件描述符**）。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。 **线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态**。就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机；运行状态是指线程占有处理机正在运行；阻塞状态是指线程在等待一个事件（如某个信号量），逻辑上不可执行。每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。

线程是程序中一个单一的顺序控制流程， **线程是系统独立调度和分派CPU的基本单位指运行中的程序的调度单位**。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为 **多线程**。

# 2、线程和进程的区别联系 #

1）基本单位：进程是拥有资源的基本单位，线程是调度和分派的基本单位。

线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源（**线程ID、一组寄存器值、栈、调度优先级和策略、信号屏蔽字、errno变量、线程私有数据**）。它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源（**可执行文本程序、程序全局内存和堆内存、栈以及文件描述符**）。

2）从属关系：线程是进程的一部分，线程有时会被称为轻量级进程或轻权进程；一个线程只能属于某一个进程，一个进程可以有多个线程（至少有一个线程）。

3）系统开销：进程有进程控制块PCB，线程有线程控制块TCB，但线程控制块比进程控制块小得多。在创建或撤销进程的时候，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统的明显大于创建或撤销线程时的开销。

4）并发度：线程的划分尺度小于进程，使得多线程程序的并发性高。 进程在执行过程中拥有独立的内存单元，而多个线程共享内存，从而极大的提高了程序运行效率。

5）资源管理方式：进程和线程的主要差别在于它们是不同的操作系统资源管理方式。系统在运行的时候会为每个进程分配不同的内存区域，但是不会为线程分配内存（线程所使用的资源是它所属的进程的资源），线程组只能共享资源。对不同进程来说，它们具有独立的数据空间，要进行数据的传递只能通过通信的方式进行，这种方式不仅费时，而且很不方便。而一个线程的数据可以直接为其他线程所用，这不仅快捷，而且方便。进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其它进程产生影响；而线程只是一个进程中的不同执行路径，一个线程终止，整个进程就会终止。

# 3、线程的优点和缺点 #

优点：

1）线程可以有效地提高程序的并行性。有时候让程序同时执行多个任务是有用的。经典的例子是编辑文档时，还有实时统计文档中单词的个数；在网络编程的高性能服务器端，可以通过主线程来监听描述符是否有事件发生，有的话就将该事件通知工作进程处理（完成数据读写、接受新连接，处理客户请求），这就是Reactor模式，可以有效提高并行性。

2）有利于发挥多处理器的能力，使得程序效率极大提高。

2）和进程创建相比，线程创建的开销小很多，那么当需要创建的个数较多时，线程优势很明显；而且由于同样原因，线程之间切换开销小。

缺点：

1）由于一个进程的多个线程之间共享资源，这也带来了复杂的同步互斥问题，否则当多个线程共享相同内存时，无法确保每个线程看到一致的数据视图。

2）同步互斥、死锁以及锁的粒度都是编程需要考虑的问题。多线程程序调试比单线程调试困难，因为线程之间交互非常难以控制。

# 4、多线程同步和互斥有几种实现方法 #

## 1）互斥量 ##

确保同一时间只有一个线程访问数据。互斥量（mutex）本质上是一把锁，访问共享资源前要对互斥量加锁，访问完后要释放锁。

## 2）读写锁（共享-独占锁） ##

和互斥量类似，不过读写锁允许更高的并行性。互斥量要么是锁住状态要么是不加锁状态，而且一次仅允许一个线程对互斥量加锁。

读写锁有三种状态：a. 读模式下加锁状态（所有试图以读模式对其进行加锁的线程都可以获得访问权，但如果试图以写模式加锁，必须阻塞直到所有线程释放读锁）；b. 写模式下加锁状态（在这个锁被解锁之前，所有试图对这个锁加锁的线程都会被阻塞）；c. 不加锁状态。

## 3）条件变量 ##

条件变量与互斥量一起使用时，允许线程以无竞争的方式等待特定条件发送。条件变量本身是由互斥量保护的。线程在改变条件状态前必须首先锁住互斥量，必须锁住互斥量以后才能计算条件。如果在规定的时间内条件满足就通知线程，否则生成一个代表出错码的返回变量。

## 4）信号量 ##

如同进程一样，线程也可以通过信号量来实现通信，虽然是轻量级的。信号量函数的名字都以"sem\_"打头。线程使用的基本信号量函数有四个。

1.  信号量初始化。  
    int sem\_init (sem\_t \*sem , int pshared, unsigned int value);  
    这是对由sem指定的信号量进行初始化，设置好它的共享选项(linux 只支持为0，即表示它是当前进程的局部信号量)，然后给它一个初始值VALUE。  
    
2.  等待信号量。给信号量减1，然后等待直到信号量的值大于0。  
    int sem\_wait(sem\_t \*sem);  
    
3.  释放信号量。信号量值加1。并通知其他等待线程。  
    int sem\_post(sem\_t \*sem);  
    
4.  销毁信号量。我们用完信号量后都它进行清理。归还占有的一切资源。  
    int sem\_destroy(sem\_t \*sem);

# 5、多线程同步和互斥区别 #

**线程同步**是指线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒。

**线程互斥**是指对于共享的进程系统资源，在各单个线程访问时的排它性。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源。线程互斥可以看成是一种特殊的线程同步。