初识线程

一、为什么要引入线程

上一篇我简单总结了一下进程的基本概念，我们已经有了进程可以用来描述运行的程序，为什么我们还要加入线程的概念？在这里，我还是通过举例子来说明。
首先，我们做一个类比，将进程看做单线程，即在某个时刻只有一个正在运行的任务。现在假设你需要使用一个字处理文件来编写一个文档，一个小时后必须提交作业到学校的作业管理系统。你打开了word文档，开始输入文字，然后花了五十分钟输入了很多文字，但是你平时没有随手按ctrl+s的好习惯，这时候当你满心欢喜地准备保存文件的时候，跳闸了，what t fuck？跳闸了！！想死的❤都有了。恢复供电后你生无可恋地打开电脑，却意外的发现百分之九十的文字还在，有没有一种死而复生的感觉。你心想这软件真好，还能帮你自动保存。好，废话就说到这。
你没有手动保存文件却只是丢失了一部分文字，这背后其实就是线程的功劳啦：编写文字作为一个线程，每个若干分钟自动保存文档是另外一个线程，两个线程同时存在于一个进程并且可以并行执行。当然，这只是线程其中一个优点。

二、什么是线程

线程是进程的一部分，用来描述指令流的执行状态，它是进程中指令执行流的最小单元，是CPU调度的最小单位。
一个进程中可以存在多个线程，它们共享该进程所拥有的地址空间和数据等资源，各个线程之间可以并发执行。

三、线程的优缺点

线程的优缺点，是在和进程对比的情况下得出的。
所以，我们讲线程的优缺点先讲进程和线程的联系和区别。

• 进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位
• 进程拥有一个完整的资源平台，而线程只独享指令流执行的必要资源。比如拥有程序计数器，用来记录接着要执行哪一条指令；拥有寄存器，用来存放线程当前的工作变量；拥有堆栈，用来记录执行历史。
• 线程具有就绪、等待和运行三种基本状态和状态间的转换关系。和进程基本一致
• 进程的内存空间是天然独立的，线程的内存空间是天然共享的

线程的优缺点
同一进程的各线程间共享内存和文件资源，可不通过内核进行直接通信，所以能减少并发执行的时间和空间开销。具体表现为：

• 线程的创建和销毁时间比进程短
• 同一进程内的线程切换时间比进程短

也是因为同一进程的各线程间共享内存和文件资源，但没有独立的地址空间，所以线程存在的缺点为: 一个线程崩溃，会导致其所属进程的所有线程崩溃，健壮性不及线程

四、线程的三种实现方式

1. 用户线程：在用户空间实现
2. 内核线程：在内核中实现
3. 轻量级线程：在内核中实现，支持用户线程

用户线程，指的是由一组用户级的线程库函数来完成线程的管理，包括线程的创建、终止、同步和调度等。从下图可见，每个进程有私有的线程控制块列表TCB，而TCB由线程函数库维护。由于它不依赖于操作系统的内核，所以在同一进程内的用户线程切换速度快，允许每个进程拥有自己的线程调度算法。相反，当线程发起系统调用而阻塞时，则整个进程进入等待，此外，这种方式只能按进程分配CPU时间，多个线程进程中，每个线程的时间片较少。

内核线程，指的是在内核通过系统调用实现的线程机制，由内核实现线程的创建、终止和管理。从下图可见，PCB和TCB由内核维护，所以线程执行系统调用而被阻塞不影响其他线程，但是线程的创建、终止和切换开销比较大。此外，这种以线程为单位进行CPU时间分配，所以多线程的进程可获得更多的CPU时间片。

轻量级线程，指的是在内核内支持用户线程，一个进程可以有一个或者多个轻量级进程，每个轻量级进程由一个单独的内核线程来支持。