C++多线程高频面试清单

原创已于 2025-09-29 23:12:34 修改 · 788 阅读

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#面试 #c++

于 2025-09-26 20:47:01 首次发布

基础部分

1、进程与线程的区别

进程是操作系统资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位
进程之间是隔离，线程共享进程的地址空间
创建/切换进程开销大，线程开销小。（上下文切换需要从用户态写入内核态，因此开销较大）

2、线程进程的通讯方式

进程：管道，消息队列、共享内存
线程：信号量、条件变量、原子变量

3、pthread与std::thread的区别

pthread是c的库函数，跨平台差异大，顶层是对Linux内核线程的封装，需要手动调用
std::thread来自于C++11标准库，是对线程的C++封装，内部通常基于pthread实现，接口是面向对象，具有跨平台能力。本质上还是由pthread实现的，支持RALL、lambda。
简单来说pthread手动挡，std::thread是自动挡

生命周期管理

4、join()和detach()的区别

detach分离线程，让系统后台回收资源（不可再jion）
jion等待线程结束并回收资源（阻塞），忘记jion会产生僵尸线程，重复jion导致程序异常

5、如果忘记jion/detach会怎样

pthread：线程会变成僵尸线程，资源泄露。
std::thread：析构未jion/detach会调用std::terminte,程序直接崩溃。

6、线程结束的方式有哪些

线程函数，return
调用pthread_exit / std::exit

同步与锁

7、C++提供哪些线程同步工具

std::mutex、std::lock_guard、std::unique_lock、std::condition_variable、std::future/primise、std::atomic

8、lock_gurad和unique_lock区别

lock_guard：RALL简单封装，自动加锁解锁，不能unlock
unique_lock：更灵活，可unlock/lock，多次加锁，支持延迟加锁

9、条件变量的作用

用于线程间的通信，生产者-消费者场景
线程等待条件满足时阻塞，被其他线程唤醒

10、避免死锁

固定加锁顺序
使用std::lock
尽量减少颗粒度

内存模型与原子操作

11、C++11为什么引入内存模型

不同平台CPU/编译优化不同，C++11统一内存可见性语义，保证跨平台

内存模型：定义多线程程序中不同线程访问共享变量时的行为规则，主要解决下面问题

可见性：一个线程共享变量的修改什么时候对其其他线程可见
有序性：指令从排导致执行顺序和代码顺序不同
原子性：多线程对同一变量操作

12、volatile能保证线程安全？

volatile是c++11引入的关键字，他保证变量不被优化，不保证原子性。

13、std::atomic是怎么实现的

是基于CPU原子操作，提供原子读写，避免数据竞争

14、内存序有哪些

memory_order_relaxed：只保证原子性，不保证顺序
memory_order_acquire/release：保证操作前后顺序
memory_order_seq_cst：顺序一致性，最严格

高级并发

15、线程池的原理

任务队列+固定线程数量
工作线程不断从队列中取任务，避免频繁创建/销毁。
通常使用条件变量std::condition_bariable实现阻塞队列

16、为什么需要线程池

减少线程创建/销毁。
实现并发，并控制并发线程数量（过少与过多都不行，过少会降低并发量，过多会增大压力）
适合短小任务和高并发场景

17、std::async和std::thread的区别

std::thread：立即创建线程并运行
std::async：可能创建新线程，也可能复用线程池，返回future，更适合任务并发。

18、package_task的作用

把可调用对象（函数、lambda）包装成异步任务，返回future，常用于线程池并发

19、std::future 和std::promise区别

future：获取异步结果
promise：设计异步结果
两者配合用来传递线程间的数据

常见陷阱

20、什么是数据竞争

多个线程访问同一个变量
结果不可预测

21、为什么多线程程序比单线程更慢

上下文开销过大
锁竞争导致阻塞
缓存一致性开销

22、线程函数传递局部变量的坑

如果传递局部变量的引用或指针，线程可能在变量销毁后才运行，悬空引用
解决：传值，或保证生命周期

23、线程局部存储TLS实现

每个线程拥有自己独立的一份变量副本，不同线程访问相同TLS变量互不干扰。

pthread：pthread_key_create + pthread_setspecific
C++11：thread_local 关键字，简单高效。thread_local int counter = 0;

补充

僵尸线程：已经结束运行的线程，但其资源未被回收。不占用 CPU，但仍占用少量内核资源。父线程未回收资源（jion）。会导致资源泄漏，如果大量僵尸线程积累，会消耗内核线程表，最终无法创建新线程。
TLS补充：实现方式：编译器/操作系统为每个线程维护一个 TLS 段（存放 TLS 变量），访问时根据线程 ID 定位。创建时分配对于TLS存储空间，线程退出释放TLS变量。TLS每个线程独享，全局变量所有线程共享。访问TLS开销接近访问全局变量，比加锁访问共享变量要低。