16、多线程编程：概念、问题与解决方案

多线程编程：概念、问题与解决方案

1. 线程基础

1.1 线程管理与抢占式调度

在计算机系统中，线程的执行受到处理器数量的限制。操作系统会快速地在不同线程之间进行切换，为每个线程分配一小段执行时间，这种方式被称为抢占式线程调度。在这种模式下，操作系统可以在任何时刻暂停一个线程的执行，以便让另一个线程运行。与之相对的是协作式模式，该模式要求线程主动暂停自身执行，以让其他线程运行。线程的切换过程被称为上下文切换。

1.2 系统线程与用户线程

系统线程由操作系统创建和管理，应用程序的第一个（主）线程通常就是系统线程，当这个线程终止时，应用程序往往也会退出。而用户线程则是由应用程序显式创建的，用于执行那些主线程无法或不应该执行的任务。

对于带有用户界面的应用程序，主线程通常被称为事件线程，它负责等待并将事件（如鼠标点击、按键操作）传递给应用程序进行处理。一般来说，让事件线程长时间阻塞是不良的编程习惯，因为这可能导致应用程序无响应，甚至使计算机死机。为避免这些问题，应用程序会创建线程来处理耗时操作，特别是涉及网络访问的操作。

2. 线程同步：监视器与信号量

2.1 线程同步的必要性

为避免数据损坏和其他问题，应用程序必须控制线程与共享资源的交互方式，这就是线程同步。线程同步的两种基本构造是监视器和信号量，具体使用哪种取决于系统或编程语言的支持。

2.2 监视器

监视器是一组由互斥锁保护的例程。线程在获取锁之前，无法执行监视器中的任何例程，这意味着同一时间只有一个线程可以在监视器内执行，其他线程必须等待当前执行的线程释放锁。线程可以在