java學習：什麼是執行緒？最詳細的解釋

什麼是執行緒：有時也被變成輕量級進程，是程式執行流的最小單元。

一個標準的執行緒是由執行緒ID，目前指令指標（PC）、暫存器集合和堆疊組成。

一個行程是由一個到多個執行緒組成，各個執行緒之間共享程式的記憶體空間（包括程式碼段，資料段的堆等）及一些行程級的資源（如開啟檔案和訊號）

多個執行緒可以互不干擾的並發執行，並共享進程的全域變數和堆的資料；

執行緒的存取權

執行緒的存取權限非常自由，可以存取進程記憶體裡的所有資料；

執行緒調度與優先權

單處理器對應多執行緒：作業系統讓這些多執行緒輪流執行，每次只執行一小段時間（通常是幾十秒），這樣每個執行緒「看起來」就像是在同時執行；這樣的一個處理器上不斷切換執行緒的操作成為「執行緒調度」

執行緒調度中的三種狀態：

（1）：執行，此時執行緒正在執行

#（2# )：就緒，此時執行緒可以立即執行，但CPU已被佔用

（#3）：等待，此時執行緒正在等待某一事件發生，無法執行

每當一個程式離開運行狀態，調度系統就會選擇一個就緒的執行緒執行；一個在等待狀態的執行緒事件發生以後進入就緒狀態。

在優先權排程的情況下，執行緒優先權的改變一般有三種方式：

使用者指定優先權；

根據進入等待狀態的頻繁程度提升或降低優先權；

長時間無法執行而被提升優先權；

Linux的多執行緒

在Linux下，可以用以下三個方法建立一個新的任務：

（1）fork：複製目前進程

（2）exec：使用新的可執行映像覆寫目前可執行映像

（3）clone：建立子進程，並從指定位置開始執行；

fork：

pid_t pid;

if(pid==fork()){…}

在fork呼叫以後，新的任務啟動並和本任務一起從fork函數返回，但不同的是本任務的fork將返回新任務的pid,而新任務的fork將返回0;

fork產生新任務的速度非常快，因為fork不複製原任務的記憶體空間，而是和原任務一起共享一個寫時拷貝的記憶體空間；

所謂#寫時拷貝：指的是兩個任務可以同時自由地讀取內存，但任一個任務試圖對內存進行修改時，內存就會複製一份提供給修改方單獨使用，以免影響到其他的任務使用；

 fork只能夠產生本任務的鏡像，因此必須使用exec配合才能啟動別的新任務，exec可以用新的可執行映像取代目前的可執行映像，因此在fork產生了一個新任務之後，新任務可以呼叫exec來執行新的可執行檔；

頭檔都定義在pthread.h中

建立一個執行緒：#include

int pthread_create (pthread_t *thread,const pthread_attr_t* attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg)

thread參數是新執行緒的識別符，後續的pthread_*函數透過它來引用新線程；

attr參數用來設定新執行緒的屬性，給它傳遞NULL表示使用預設執行緒屬性；

Start_routine 和arg參數分別制定新執行緒將執行的函數及參數；

pthread_create成功時返回0，失敗時返回錯誤碼；

結束一個執行緒：void pthread_exit(void *retval)

函數透過retval參數向執行緒的回收者傳遞其退出訊息；

執行緒安全性：

多執行緒程式處於一個多變的環境當中，可存取的全域變數和堆疊資料都可能隨時被其他的執行緒改變；

手段：同步與鎖定

原子的：單一指令運算稱為原子的，無論如何，單一指令的執行是不會被打斷的；

為了避免多個執行緒同時讀寫一個資料而產生不可預料的後果，我們要將各個執行緒對同一個資料的存取同步（所謂同步，就是在一個執行緒存取資料未結束時，其他執行緒不得對同一個資料進行存取），因此，對資料的存取被原子化；

同步的常見方法：（信號量、互斥量、臨界區，讀寫鎖定、條件變數）

鎖定：每個執行緒在存取資料或資源時首先試圖取得鎖，並在存取結束後釋放鎖定；

信號量：執行緒存取資源的時候先取得訊號量；

操作如下：

（1）將訊號量的值減1；

（2）如果訊號量的值小於0，則進入等待狀態；否則繼續執行；

存取完資源之後，執行緒釋放信號量；

（3）將信號量的值加1；

（4）如果信號量的值小於1，喚醒一個等待中的執行緒；

互斥量&&訊號量

##相同：資源僅同時允許一個線程訪問；

異：信號量在整個系統中，可以被任意線程獲取並釋放，也就是說，同一個信號量可以被系統中的一個線程獲取後，另一個線程釋放；

而互斥量要求哪個線程獲取了互斥量，哪個線程就要負責釋放這個鎖，其他線程越俎代庖去釋放互斥量是無效的；

#臨界區：是比互斥量更嚴格的同步手段

把臨界區的鎖的取得稱為進入臨界區；

而把鎖的釋放稱為離開臨界區。

區別（與信號量和互斥量）

互斥量和信號量在系統的任何進程裡都是可見的；

也就是說一個進程創建了一個互斥量或信號量，另一個進程試圖去獲取該鎖是合法的；

臨界區的作用範圍僅限於本進程，其他的進程無法取得該鎖定

讀取寫入鎖定：

兩種方法：共享的  獨佔的

當鎖定出於自由狀態時，試圖以任何一種方式取得鎖都能成功，並將鎖置於對應的狀態；（如上圖）

條件變數：作為同步的一種手段，作用類似於一個柵欄;

對於條件變量，執行緒有兩種操作：

（1）首先執行緒可以等待條件變量，一個條件變數可以被多個執行緒等待；

（ 2）執行緒可以喚醒條件變量，此時某個或所有等待此條件變數的執行緒都會被喚醒並繼續支援；

#（也就是說，使用條件變數可以讓許多現車鞥一起等待某個事件的發生，當事件發生時，所有執行緒可以一起恢復執行）。

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