程序员的自我修养（二）线程基础

线程

线程（又称轻量级进程）是程序执行流的最小单元。

一个标准的线程由线程id、当前指令指针、寄存器集合和堆栈组成。

一个进程由一个或多个线程组成，各线程之间共享程序的内存空间（包括代码段、数据段、堆等）及一些进程级资源（如打开文件和信号）。

• 多线程可以互不干扰地并发地执行，并共享进程的全局变量和堆的数据。

线程私有	进程所有（线程之间共享）
局部变量、函数的参数、TLS数据	全局变量、堆上的数据、函数里的静态变量、程序代码、打开的文件

线程调度

线程通常拥有至少三种状态：

• 运行：线程正在执行
• 就绪：线程可以立刻执行，但CPU已经被占用
• 等待：线程正在等待某一事件发生，无法执行。

线程调度算法：

• 优先级调度
• 轮转法

可抢占线程和不可抢占线程

Windows和Linux

Windows线程

CreateProcess
CreateThread

Linux任务

Linux将所有的执行实体都称为任务，每个任务概念上都类似于一个单线程的进程，具有内存空间、执行实体、文件资源等。
Linux下，不同的任务之间可以选择共内存空间–>共享了同一个内存空间的多个任务构成了一个“进程”，这些任务也就成了这个“进程”里的线程
fork ： 复制当前进程
exec ： 使用新的可执行映像覆盖当前可执行映像
clone ： 创建子进程并从指定位置开始执行

写时复制
写时复制指的是，两个任务可以同时自由地读取内存，但任意一个任务试图对内存进行修改时，内存会复制一份提供给修改方单独使用，以免影响到其他的任务使用。

线程安全

竞争与原子操作

WindowsAPI原子操作相关函数：
InterlockedExchange：原子地交换两个值
InterlockedDecrement：原子地减少一个值
InterlockedIncrement：原子地增加一个值
InterlockedXor：原子地进行异或操作

同步和锁

• 信号量
• 互斥量
• 临界区
• 读写锁
• 条件变量

可重入与线程安全

一个函数被重写入，表示这个函数没有执行完成，由于外部因素或内部调用，又一次进入该函数执行。
一个函数要被重写入，可能的原因有：

1. 多个线程同时执行这个函数
2. 函数自身调用自身

一个函数被称为可重写入的，表明该函数被重写入之后不会产生任何不良后果。

可重入函数的特点：

• 不使用任何（局部）静态或全局的非const变量
• 不返回任何（局部）静态或全局的非const变量的指针
• 仅依赖于调用方提供的参数
• 不依赖任何单个资源的锁
• 不调用任何不可重入的函数

线程模型

• 一对一模型
• 多对一模型
• 多对多模型