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  • 多线程的基本概念(转)

    多线程编程必须理解的一些基本概念,适用于所有编程语言。内容:

    并发式编程

    多任务操作系统

    多线程vs多进程

    线程安全

    线程的生命周期

    线程的类型

    并发式编程

    不同的编程范式对软件有不同的视角。并发式编程将软件看做任务和资源的组合——任务之间竞争和共享资源,当资源满足时执行任务,否则等待资源。

    并发式编程使得软件易于理解和重用,在某些场景能够极大提高性能。

    多任务操作系统

    要实现并发,首先需要操作系统的支持。现在的操作系统大部分都是多任务操作系统,可以同时执行多个任务。

    多任务可以在进程或线程的层面执行。

    进程是指一个内存中运行的应用程序,每个进程都有自己独立的一块内存空间。多任务操作系统可以并发执行这些进程。

    线程是指进程中乱序、多次执行的代码块,多个线程可以同时运行,所以认为多个线程是并发的。多线程的目的是为了最大限度的利用CPU资源。比如一个JVM进程中,所有的程序代码都以线程的方式运行。

    这里面的同时并发只是一种宏观上的感受,实际上从微观层面看只是进程/线程的轮换执行,只不过切换的时间非常短,所以产生了并行的感觉。

    多线程vs多进程

    操作系统会为每个进程分配不同的内存块,而多个线程共享进程的内存块。这带来最直接的不同就是创建线程的开销远小于创建进程的开销。

    同时,由于内存块不同,所以进程之间的通信相对困难。需要采用pipe/named pipesignal, message queue, shared memory,socket等手段;而线程间的通信简单快速,就是共享进程内的全局变量。

    但是,进程的调度由操作系统负责,线程的调度就需要我们自己来考虑,避免死锁,饥饿,活锁,资源枯竭等情况的发生,这会增加一定的复杂度。而且,由于线程之间共享内存,我们还需要考虑线程安全性的问题。

    线程安全

    以为线程间共享进程中的全局变量,所以当其他线程改变了共享的变量时,可能会对本线程产生影响。所谓线程安全的约束是指一个函数被多个并发线程反复调用时,要一直产生正确的结果。要保证线程安全,主要是通过加锁的方式保证共享变量的正确访问。

    比线程安全更严格的约束是"可重入性",即函数在一个线程内执行的过程中被暂停,接下来又在另一个线程内被调用,之后在返回原线程继续执行。在整个过程中都能保证正确执行。保证可重入性,通常通过制作全局变量的本地拷贝来实现。

    线程的生命周期

    所谓的xx生命周期,其实就是某对象的包含产生和销毁的一张状态图。线程的生命周期如下图所示:

    各状态的说明如下:

    New新建。新创建的线程经过初始化后,进入Runnable状态。

    Runnable就绪。等待线程调度。调度后进入运行状态。

    Running运行。

    Blocked阻塞。暂停运行,解除阻塞后进入Runnable状态重新等待调度。

    Dead消亡。线程方法执行完毕返回或者异常终止。

     

    可能有3种情况从Running进入Blocked

    同步:线程中获取同步锁,但是资源已经被其他线程锁定时,进入Locked状态,直到该资源可获取(获取的顺序由Lock队列控制)

    睡眠:线程运行sleep()join()方法后,线程进入Sleeping状态。区别在于sleep等待固定的时间,而join是等待子线程执行完。当然join也可以指定一个超时时间。从语义上来说,如果两个线程a,b, a中调用b.join(),相当于合并(join)成一个线程。最常见的情况是在主线程中join所有的子线程。

    等待:线程中执行wait()方法后,线程进入Waiting状态,等待其他线程的通知(notify)。

    线程的类型

    主线程:当一个程序启动时,就有一个进程被操作系统(OS)创建,与此同时一个线程也立刻运行,该线程通常叫做程序的主线程(Main Thread)。每个进程至少都有一个主线程,主线程通常最后关闭。

    子线程:在程序中创建的其他线程,相对于主线程来说就是这个主线程的子线程。

    守护线程:daemon thread,对线程的一种标识。守护线程为其他线程提供服务,如JVM的垃圾回收线程。当剩下的全是守护线程时,进程退出。

    前台线程:相对于守护线程的其他线程称为前台线程。

    本文介绍关于多线程的基本概念,接下来会用实例讲解python的多线程编程。  

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/bluestorm/p/2379085.html
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