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线程
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线程，有时被称为轻量级进程(Lightweight Process，LWP），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(PC），寄存器集合和堆栈组 成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点儿在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个 进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程 在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。就绪状态是指线程具备运行的所有条件，逻辑上可以运行，在等待处理机；运行状态是指线程占有处理机正在运行；阻塞状态是指线程在等待一个事件（如某个信号量），逻辑上不可执行。每一个程序都至少有一个线程，若程序只有一个线程，那就是程序本身。
- 中文名
- 线程
- 外文名
- thread
- 别 称
- 执行绪；轻量进程
- 应用学科
- 计算机
- 多线程中
- CPU的基本单位
- 定 义
- 程序执行流的最小单元
发展简史 编辑
线程的引入：
60年代，在OS中能拥有资源和独立运行的基本单位是进程，然而随着计算 机技术的发展，进程出现了很多弊端，一是由于进程是资源拥有者，创建、撤消与切换存在较大的时空开销，因此需要引入轻型进程；二是由于对称多处理机 （SMP）出现，可以满足多个运行单位，而多个进程并行开销过大。
因此在80年代，出现了能独立运行的基本单位——线程（Threads）。
适用范围 编辑
1.服务器中的文件管理或通信控制
线程
线程 2.前后台处理
3.异步处理
特点 编辑
线程的使用 1）轻型实体
线程的实体包括程序、数据和TCB。线程是动态概念，它的动态特性由线程控制块TCB（Thread Control Block）描述。TCB包括以下信息：
（1）线程状态。
（2）当线程不运行时，被保存的现场资源。
（3）一组执行堆栈。
（4）存放每个线程的局部变量主存区。
（5）访问同一个进程中的主存和其它资源。
2）独立调度和分派的基本单位。
3）可并发执行。
4）共享进程资源。
线程
线程 在同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在：所有线程都具有相同的地址空间（进程的地址空间），这意味着，线程可以访问该地址空间的每一个虚地址；此外，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。由于同一个进程内的线程共享内存和文件，所以线程之间互相通信不必调用内核。
与进程比较 编辑
线程 另外，进程也是抢占处理机的调度单位，它拥有一个完整的虚拟地址空间。当进程发生调度时，不同的进程拥有不同的虚拟地址空间，而同一进程内的不同线程共享同一地址空间。
与进程相对应，线程与资源分配无关，它属于某一个进程，并与进程内的其他线程一起共享进程的资源。
通常在一个进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源。在 引入线程的操作系统中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。由于线程比进程更小，基本上不拥有系统资源， 故对它的调度所付出的开销就会小得多，能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度，从而显著提高系统资源的利用率和吞吐量。因而近年来推出的通用操作系统都引入了线程，以便进一步提高系统的并发性，并把它视为现代操作系统的一个重要指标。
线程与进程的区别可以归纳为以下4点：
1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
3）调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
4）在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。
守护线程 编辑
守护线程是特殊的线程，一般用于在后台为其他线程提供服务.
Java中，isDaemon()：判断一个线程是否为守护线程.
Java中，setDaemon()：设置一个线程为守护线程.
C# 守护线程
类1:守护线程类
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/*** 本线程设置了一个超时时间* 该线程开始运行后，经过指定超时时间，* 该线程会抛出一个未检查异常通知调用该线程的程序超时* 在超时结束前可以调用该类的cancel方法取消计时* @author solonote*/public class TimeoutThread extends Thread{/*** 计时器超时时间*/private long timeout;/*** 计时是否被取消*/private boolean isCanceled = false;/*** 当计时器超时时抛出的异常*/private TimeoutException timeoutException;/*** 构造器* @param timeout 指定超时的时间*/public TimeoutThread(long timeout,TimeoutException timeoutErr) {super();this.timeout = timeout;this.timeoutException = timeoutErr;//设置本线程为守护线程this.setDaemon(true);}/*** 取消计时*/public synchronized void cancel(){isCanceled = true;}/*** 启动超时计时器*/public void run(){try {Thread.sleep(timeout);if(!isCanceled)throw timeoutException;} catch (InterruptedException e) {e.printStackTrace();}}} |
线程的同步 编辑
线程的同步是Java多线程编程的难点，往往开发者搞不清楚什么是竞争资源、什么时候需要考虑同步，怎么同步等等问题，当然，这些问题没有很明确的答案，但有些原则问题需要考虑，是否有竞争资源被同时改动的问题？对于同步，在具体的Java代码中需要完成以下两个操作：把竞争访问的资源标识为private；同步哪些修改变量的代码，使用synchronized关键字同步方法或代码。当然这不是唯一控制并发安全的途径。synchronized关键字使用说明synchronized只能标记非抽象的方法，不能标识成员变量。为了演示同步方法的使用，构建了一个信用卡账户，起初信用额为100w，然后模拟透支、存款等多个操作。显然银行账户User对象是个竞争资源，而多个并发操作的是账户方法oper(int x），当然应该在此方法上加上同步，并将账户的余额设为私有变量，禁止直接访问。
工作原理
线程是进程中的实体，一个进程可以拥有多个线程，一个线程必须有一个父进程。线程不拥有系统资源，只有运行必须的一些数据结构；它与父进程的其它线程共享该进程所拥有的全部资源。线程可以创建和撤消线程，从而实现程序的并发执行。一般，线程具有就绪、阻塞和运行三种基本状态。
在多中央处理器的系统里，不同线程可以同时在不同的中央处理器上运行，甚至当它们属于同一个进程时也是如此。大多数支持多处理器的操作系统都提供编程接口来让进程可以控制自己的线程与各处理器之间的关联度（affinity）。
有时候，线程也称作轻量级进程。就象进程一样，线程在程序中是独立的、并发的执行路径，每个线程有它自己的堆栈、自己的程序计数器和自己的局部变量。但是，与分隔的进程相比，进程中的线程之间的隔离程度要小。它们共享内存、文件句柄和其它每个进程应有的状态。
进程可以支持多个线程，它们看似同时执行，但互相之间并不同步。一个进程中的多个线程共享相同的内存地址空间，这就意味着它们可以访问相同的变量和对象，而且它们从同一堆中分配对象。尽管这让线程之间共享信息变得更容易，但您必须小心，确保它们不会妨碍同一进程里的其它线程。
线程属性
线程体
所有的操作都发生在线程体中，在Java中线程体是从Thread类继承的run（）方法，或实现Runnable接口的类中的run（）方法。当线程产生并初始化后，实时系统调用它的run（）方法。run（）方法内的代码实现所产生线程的行为，它是线程的主要部分。
线程状态
线程的状态 ●新线程态（New Thread)
产生一个Thread对象就生成一个新线程。当线程处于"新线程"状态时，仅仅是一个空线程对象，它还没有分配到系统资源。因此只能启动或终止它。任何其他操作都会引发异常。例如，一个线程调用了new方法之后，并在调用start方法之前的处于新线程状态，可以调用start和stop方法。
●可运行态（Runnable)
start（）方法产生运行线程所必须的资源，调度线程执行，并且调用线程的run（）方法。在这时
线程的生命状态与周期
线程处于可运行态。该状态不称为运行态是因为这时的线程并不总是一直占用处理机。特别是对于只有一个处理机的PC而言，任何时刻只能有一个处于可运行态的线程占用处理 机。Java通过调度来实现多线程对处理机的共享。注意，如果线程处于Runnable状态，它也有可能不在运行，这是因为还有优先级和调度问题。
线程的生命状态与周期 当以下事件发生时，线程进入非运行态。
线程 ①suspend()方法被调用；
②sleep()方法被调用；
③线程使用wait()来等待条件变量；
④线程处于I/O请求的等待。
●死亡态（Dead)
当run（）方法返回，或别的线程调用stop（）方法，线程进入死亡态。通常Applet使用它的stop（）方法来终止它产生的所有线程。
线程的本操作：
派生：线程在进程内派生出来，它即可由进程派生，也可由线程派生。
阻塞（Block）：如果一个线程在执行过程中需要等待某个事件发生，则被阻塞。
图2 线程的状态与操作
线程的另一个执行特性是同步。线程中所使用的同步控制机制与进程中所使用的同步控制机制相同。
线程优先级
虽然我们说线程是并发运行的。然而事实常常并非如此。正如前面谈到的，当系统中只有一个CPU时，以某种顺序在单CPU情况下执行多线程被称为调度（scheduling）。Java采用的是一种简单、固定的调度法，即固定优先级调度。这种算法是根据处于可运行态线程的相对优先级来实行调度。当线程产生时，它继承原线程的优先级。在需要时可对优先级进行修改。在任何时刻，如果有多条线程等待运行，系统选择优先级最高的可运行线程运行。只有当它停止、自动放弃、或由于某种原因成为非运行态低优先级的线程才能运行。如果两个线程具有相同的优先级，它们将被交替地运行。 Java实时系统的线程调度算法还是强制性的，在任何时刻，如果一个比其他线程优先级都高的线程的状态变为可运行态，实时系统将选择该线程来运行。一个应用程序可以通过使用线程中的方法setPriority(int），来设置线程的优先级大小。
线程中的join()可以用来邀请其他线程先执行(示例代码如下)：
packageorg.thread.test;publicclassJoin01implementsRunnable{publicstaticvoidmain(String[]args) {for(inti=0;i<20;i++){if(i==5){Join01j=newJoin01(); Threadt=newThread(j);t.setName("被邀请先执行的线程.");t.start();try{//邀请这个线程，先执行 t.join();}catch(InterruptedExceptione) {e.printStackTrace();}}System.out.println("没被邀请的线程。"+ (i+1));}}publicvoidrun(){for(inti=0;i<10;i++){System.out.println(Thread.currentThread().getName()+(i+1));}}}
yield()告诉系统"把自己的CPU时间让掉，让其他线程或者自己运行"，示例代码如下:
packageorg.thread.test;
publicclassYield01
{
publicstaticvoidmain(String[]args)
{
YieldFirstyf=newYieldFirst();
YieldSecondys=newYieldSecond();
YieldThirdyt=newYieldThird();
yf.start();ys.start();yt.start();
}
}
classYieldFirstextendsThread
{
@Overridepublicvoidrun()
{
for(inti=0;i<10;i++)
{
System.out.println("第一个线程第"+(i+1)+"次运行.");//让当前线程暂停yield();
}
}
}
classYieldSecondextendsThread
{
@Overridepublicvoidrun()
{
for(inti=0;i<10;i++)
{
System.out.println("第二个线程第"+(i+1)+"次运行.");//让当前线程暂停yield();
<a href="mailto:}}}classYieldThirdextendsThread{@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i}
}
}
classYieldThirdextendsThread
{
@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i<10;i++)
{
System.out.println("第三个线程第"+(i+1)+"次运行.");//让当前线程暂停yield();
}
}
幽灵线程
任何一个Java线程都能成为幽灵线程。它是作为运行于同一个进程内的对象和线程的服务提供者。例如，HotJava浏览器有一个称为" 后台图片阅读器"的幽灵线程,它为需要图片的对象和线程从文件系统或网络读入图片。 幽灵线程是应用中典型的独立线程。它为同一应用中的其他对象和线程提供服务。幽灵线程的run（）方法一般都是无限循环，等待服务请求。
线程组
每个Java线程都是某个线程组的成员。线程组提供一种机制，使得多个线程集于一个对象内，能对它们实行整体操作。譬如，你能用一个方法调用来启动或挂起组内的所有线程。Java线程组由ThreadGroup类实现。
多线程
多线程 同步线程
许多线程在执行中必须考虑与其他线程之间共享数据或协调执行状态。这就需要同步机制。在Java中每个对象都有一把锁与之对应。但Java不提供单独的lock和unlock操作。它由高层的结构隐式实现，来保证操作的对应。（然而，我们注意到Java虚拟机提供单独的monito renter和monitorexit指令来实现lock和
线程同步 现在假设一种情况：线程1与线程2都要访问某个数据区，并且要求线程1的 访问先于线程2，则这时仅用synchronized是不能解决问题的。这在Unix或Windows NT中可用Simaphore来实现。而Java并不提供。在Java中提供的是wait()和notify()机制。使用如下：
synchronizedmethod_1(/*……*/){//calledbythread1.//accessdataareaavailable=true;notify();}synchronizedmethod_2(/*……*/){//calledbythread2.while(!available)try{wait();//waitfornotify().}catch(InterruptedExceptione){}//accessdataarea}
其中available是类成员变量，置初值为false。
如果在method-2中检查available为假，则调用wait（）。wait（）的作用是使线程2进入非运行态，并且解锁。在这种情况下，method-1可以被线程1调用。当执行notify（）后。线程2由非运行态转变为可运行态。当method-1调用返回后。线程2可重新对该对象加锁，加锁成功后执行wait（）返回后的指令。这种机制也能适用于其他更复杂的情况。
死锁
如果程序中有几个竞争资源的并发线程，那么保证均衡是很重要的。系统均衡是指每个线程在执行过程中都能充分访问有限的资源。系统中没有饿死和死锁的线程。Java并不提供对死锁的检测机制。对大多数的Java程序员来说防止死锁是一种较好的选择。最简单的防止死锁的方法是对竞争的资源引入序号，如果一个线程需要几个资源，那么它必须先得到小序号的资源，再申请大序号的资源。
优化
Java的多线程安全是基于Lock机制实现的，而Lock的性能往往不如人意。原因是，monitorenter与monitorexit这两个控制多线程同步的bytecode原语，是JVM依赖操作系统互斥（mutex）来实现的。而互斥是一种会导致线程挂起，并在较短的时间内又需要重新调度回原线程的，较为消耗资源的操作。所以需要进行对线程进行优化，提高效率。
轻量级锁
轻量级锁（Lightweight Locking）是从Java6开始引入的概念，本意是为了减少多线程进入互斥的几率，并不是要替代互斥。它利用了CPU原语Compare-And-Swap(CAS，汇编指令CMPXCHG），尝试在进入互斥前，进行补救。下面将详细介绍JVM如何利用CAS，实现轻量级锁。
mark word结构 
联系流程图 
交换指针 
交换指针 最后一步unlock中，我们发现，JVM同样使用了CAS来验证 object mark word在持有锁到释放锁之间，有无被其他线程访问。如果其他线程在持有锁这段时间里，尝试获取过锁，则可能自身被挂起，而mark word的重量级锁指针也会被相应修改。此时，unlock后就需要唤醒被挂起的线程。
偏向锁
Java偏向锁（Biased Locking）是Java 6引入的一项多线程优化。它通过消除资源无竞争情况下的同步原语，进一步提高了程序的运行性能。它与轻量级锁的区别在于，轻量级锁是通过CAS来避免进入开销较大的互斥操作，而偏向锁是在无竞争场景下完全消除同步，连CAS也不执行（CAS本身仍旧是一种操作系统同步原语，始终要在JVM与OS之间来回，有一定的开销）。所谓的无竞争场景，就是单线程访问带同步的资源或方法。
偏向锁操作流程 偏向模式和非偏向模式，在mark word表中，主要体现在thread ID字段是否为空。
挂起持有偏向锁的线程，这步操作类似GC的pause，但不同之处是，它只挂起持有偏向锁的线程（非当前线程）。
在抢占模式的橙色区域说明中有提到，指向当前堆栈中 最近的一个lock record（在轻量级锁中，lock record是进入锁前会在stack上创建的一份内存空间）。这里提到的最近的一个lock record，其实就是当前锁所在的stack frame上分配的lock record。整个步骤是从偏向锁恢复到轻量级锁的过程。
偏向锁也会带来额外开销。在JDK6中，偏向锁是默认启用的。它提高了单线程访问同步资源的性能。
但试想一下，如果你的同步资源或代码一直都是多线程访问的，那么消除偏向锁这一步骤对你来说就是多余的。事实上，消除偏向锁的开销还是蛮大的。所以在你非常熟悉自己的代码前提下，大可禁用偏向锁 -XX:-UseBiasedLocking。
分类
线程有两个基本类型：
举例UNIX International 线程
1.创建线程
intthr_create(void*stack_base,size_tstack_size,void*(*start_routine)(void*),void*arg,longflags,thread_t*new_thr);
2.等待线程
intthr_join(thread_twait_for,thread_t*dead,void**status);
3.挂起线程
intthr_suspend(thread_tthr);
4.继续线程
intthr_continue(thread_tthr);
5.退出线程
voidthr_exit(void*status);
6.返回当前线程的线程标识符
thread_tthr_self(void);POSIX线程
POSIX线程（Pthreads）的头文件是<pthread.h>，适用于类Unix操作系统。Windows操作系统并没有对POSIX线程提供原生的支持库。不过Win32的POSIX线程库的一些实现也还是有的，例如pthreads-w32[2] 。
1.创建线程
intpthread_create(pthread_t*thread,constpthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);
2.等待线程
intpthread_join(pthread_tthread,void**retval);
3.退出线程
voidpthread_exit(void*retval);
4.返回当前线程的线程标识符
pthread_tpthread_self(void);
5.线程取消
intpthread_cancel(pthread_tthread);Win32线程
Win32线程的头文件是<Windows.h>，适用于Windows操作系统。
1.创建线程
HANDLEWINAPICreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,SIZE_TdwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,LPVOIDlpParameter,DWORDdwCreationFlags,LPDWORDlpThreadId);
2.结束本线程
VOIDWINAPIExitThread(DWORDdwExitCode);
3.挂起指定的线程
DWORDWINAPISuspendThread(HANDLEhThread);
4.恢复指定线程运行
DWORDWINAPIResumeThread(HANDLEhThread);
5.等待线程运行完毕
DWORDWINAPIWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds);
6.返回当前线程的线程标识符
DWORDWINAPIGetCurrentThreadId(void);
7.返回当前线程的线程句柄
HANDLEWINAPIGetCurrentThread(void);C++ 11 线程
C++ 11 线程的头文件是<thread>。
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创建线程
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等待线程结束
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脱离线程控制
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交换线程
C 11 线程
C11线程的头文件是<threads.h>。
C11线程仅仅是个“建议标准”，也就是说100%遵守C11标准的C编译器是可以不支持C11线程的。根据C11标准的规定，只要编译器预定义了__STDC_NO_THREADS__宏，就可以没有<threads.h>头文件，自然也就也没有下列函数。[4]
1.创建线程
intthrd_create(thrd_t*thr,thrd_start_tfunc,void*arg);
2.结束本线程
_Noreturnvoidthrd_exit(intres);
3.等待线程运行完毕
intthrd_join(thrd_tthr,int*res);
4.返回当前线程的线程标识符
thrd_tthrd_current();Java线程
1）最简单的情况是，Thread/Runnable的run()方法运行完毕，自行终止。
2）对于更复杂的情况，比如有循环，则可以增加终止标记变量和任务终止的检查点。
4）IO阻塞和等锁情况下需要通过特殊方式进行处理。
5）使用Future类的cancel()方法调用。
6）调用线程池执行器的shutdown()和shutdownNow()方法。
7）守护线程会在非守护线程都结束时自动终止。
8）Thread的stop()方法，但已不推荐使用。
线程的组成
1）一组代表处理器状态的CPU寄存器中的内容
2）两个栈，一个用于当线程在内核模式下执行的时候，另一个用于线程在用户模式下执行的时候
3）一个被称为线程局部存储器（TLS，thread-local storage）的私有储存区域，各个子系统、运行库和DLL都会用到该储存区域
4）一个被称为线程ID（thread ID，线程标识符）的唯一标识符（在内部也被称为客户ID——进程ID和线程ID是在同一个名字空间中生产的，所以它们永远 不会重叠）
5）有时候线程也有它们自己的安全环境，如果多线程服务器应用程序要模仿其客户的安全环境，则往往可以利用线程的安全环境
线程状态变化 编辑
当创建一个新的进程时，也创建一个新的线程，进程中的线程可以在同一进程中创建新的线程中创建新的线程。
创建线程
创建线程 （2）终止线程
可以正常终止自己，也可能某个线程执行错误，由其它线程强行终止。终止线程操作主要负责释放线程占有的寄存器和栈
（3）阻塞线程
当线程等待每个事件无法运行时，停止其运行。
阻塞线程 （4）唤醒线程
当阻塞线程的事件发生时，将被阻塞的线程状态置为就绪态，将其挂到就绪队 列。进程仍然具有与执行相关的状态。例如，所谓进程处于“执行”状态，实际上是指该进程中的某线程正在执行。对进程施加的与进程状态有关的操作，也对其线 程起作用。例如，把某个进程挂起时，该进程中的所有线程也都被挂起，激活也是同样。也都被挂起，激活也是同样。