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编程问答

什么是线程？与进程又有什么区别，为什么要使用它，等对线程进行详细介绍

發布時間：2025/3/20 编程问答 11 豆豆

生活随笔收集整理的這篇文章主要介紹了什么是线程？与进程又有什么区别，为什么要使用它，等对线程进行详细介绍小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.

一.什么是線程

在傳統操作系統中,每個進程有一個地址空間,而且默認就有一個控制線程
進程: 劃分空間,加載資源,靜態的,資源單位
線程: 執行代碼,執行能力,動態的,執行單位
進程只是用來把資源集中到一起(進程只是一個資源單位,或者說資源集合),而線程才是cpu上的執行單位
線程是依賴于進程,一個進程可以包含多個線程,但是一定有一個主線程.線程才是CPU執行的最小單元
多進程: 同一時刻開啟多個進程并發/并行的執行
多線程: 同一時刻開啟多個線程并發/并行的執行

二.線程與進程的區別

線程共享創建它的進程的地址空間; 進程有自己的地址空間
線程可以直接訪問其進程的數據段(同進程內數據共享); 進程有自己的父進程數據段副本(數據隔離)
線程可以直接與其進程的其他線程通信；進程必須使用進程間通信與兄弟進程通信
新線程很容易創建(創建的開銷很少,速度很快);新進程需要父進程的重復(需要開辟空間,復制資源,開銷比開啟線程多10-100倍)
線程可以對同一進程的線程進行相當大的控制; 進程只能對子進程進行控制
對主線程的更改(取消、優先級更改等)可能會影響進程的其他線程的行為; 對父進程的更改不會影響子進程.

三. 為什么要使用多線程

多線程指的是,在一個進程中開啟多個線程,簡單的講: 如果多個任務共用一塊地址空間,那么必須在一個進程內開啟多個線程.詳細的講分為4點:

多線程共享一個進程的地址空間
線程比進程更輕量級,線程比進程更容易創建和撤銷,在許多操作系統中,創建一個線程比創建一個進程要快10-100倍,在有大量線程需要動態和快速修改時,這一特性很有用
若多個線程都是cpu密集型的,那么并不能獲得性能上的增強,但是如果存在大量的計算和大量的I/O處理,擁有多個線程允許這些活動彼此重疊運行,從而會加快程序執行的速度.
在多cpu系統中,為了最大限度的利用多核,可以開啟多個線程,比開進程開銷要小的多.(這一條并不適用于python)

四.多線程的應用

例如:

開啟一個文字處理軟件進程,該進程肯定需要辦不止一件事情,比如監聽鍵盤輸入,處理文字,定時自動將文字保存到硬盤,這三個任務操作的都是同一塊數據,因而不能用多進程.只能在一個進程里并發地開啟三個線程,如果是單線程,那就只能是: 鍵盤輸入時,不能處理文字和自動保存,自動保存時又不能輸入和處理文字.所以要使用多線程

五. 經典的線程模型

多個線程共享同一個進程的地址空間中的資源,是對一臺計算機上多個進程的模擬,有時也稱線程為輕量級的進程
而對一臺計算機上多個進程,則共享物理內存、磁盤、打印機等其他物理資源
多線程的運行也與多進程的運行類似,是cpu在多個線程之間的快速切換
不同的進程之間是充滿敵意的,彼此是搶占,競爭cpu的關系,如迅雷會和QQ搶資源.而同一個進程內的線程是合作關系,一個線程可以訪問另外一個線程的內存地址
類似于進程,每個線程也有自己的堆棧
不同于進程,線程庫無法利用時鐘中斷強制線程讓出CPU,可以調用thread_yield使運行線程自動放棄cpu,讓另外一個線程運行
線程通常是有益的,但是帶來了不小程序設計難度,線程的問題是:
1父進程有多個線程,那么開啟的子線程是否需要同樣多的線程
2在同一個進程中,如果一個線程關閉了文件,而另外一個線程正準備往該文件內寫內容呢

六. PO SIX線程

為了實現可移植的線程程序,IEEE在IEEE標準1003.1c中定義了線程標準,它定義的線程包叫Pthread.大部分UNIX系統都支持該標準,簡單介紹如下

線程調用描述

Pthread_create	創建一個新線程
Pthread_exit	結束調用的線程
Pthread_join	等待一個特定的線程退出
Pthread_yield	釋放CPU來運行另外一個線程
Pthread_attr_init	創建并初始化一個線程的屬性結構
Pthread_attr_destroy	刪除一個線程的屬性結構

七. 在用戶空間實現的線程

線程的實現可以分為兩類: 用戶級線程(User-Level Thread)和內核級線程(Kernel-Level Thread),后者又稱為內核支持的線程或輕量級進程.在多線程操作系統中,各個系統的實現方式并不相同,在有的系統中實現了用戶級線程,有的系統中實現了內核級線程.用戶級線程內核的切換由用戶態程序自己控制內核切換,不需要內核干涉,少了進出內核態的消耗,但不能很好的利用多核Cpu,目前Linux Pthread大體是這么做的.

在用戶空間模擬操作系統對進程的調度,來調用一個進程中的線程,每個進程中都會有一個運行時系統,用來調度線程.此時當該進程獲取cpu時,進程內再調度出一個線程去執行,同一時刻只有一個線程執行.

八. 在內核空間實現的線程

內核級線程: 切換由內核控制,當線程進行切換的時候,由用戶態轉化為內核態.切換完畢要從內核態返回用戶態; 可以很好的利用smp,即利用多核cpu.windows線程就是這樣的

九. 用戶級與內核級線程的對比

區別:

內核級線程是OS內核可感知的,而用戶級線程是OS內核不可感知的
用戶級線程的創建、撤消和調度不需要OS內核的支持,是在語言(如Java)這一級處理的; 而內核級線程的創建、撤消和調度都需OS內核提供支持,而且與進程的創建、撤消和調度大體是相同的
用戶級線程執行系統調用指令時將導致其所屬進程被中斷,而內核級線程執行系統調用指令時,只導致該線程被中斷
在只有用戶級線程的系統內,CPU調度還是以進程為單位,處于運行狀態的進程中的多個線程,由用戶程序控制線程的輪換運行; 在有內核級線程的系統內,CPU調度則以線程為單位,由OS的線程調度程序負責線程的調度
用戶級線程的程序實體是運行在用戶態下的程序,而內核級線程的程序實體則是可以運行在任何狀態下的程序

內核線程的優缺點: