線程適用范圍

1.服務器中的文件管理或通信控制

2.前后臺處理

3.異步處理

線程的引入：

60年代，在OS中能擁有資源和獨立運行的基本單位是進程，然而隨著計算機技術的發(fā)展，進程出現(xiàn)了很多弊端，一是由于進程是資源擁有者，創(chuàng)建、撤消與切換存在較大的時空開銷，因此需要引入輕型進程；二是由于對稱多處理機（SMP）出現(xiàn)，可以滿足多個運行單位，而多個進程并行開銷過大。

因此在80年代，出現(xiàn)了能獨立運行的基本單位——線程（Threads）。

在多線程OS中，通常是在一個進程中包括多個線程，每個線程都是作為利用CPU的基本單位，是花費最小開銷的實體。線程具有以下屬性。

1）輕型實體

線程中的實體基本上不擁有系統(tǒng)資源，只是有一點必不可少的、能保證獨立運行的資源。

線程的實體包括程序、數(shù)據(jù)和TCB。線程是動態(tài)概念，它的動態(tài)特性由線程控制塊TCB（Thread Control Block）描述。TCB包括以下信息：

（1）線程狀態(tài)。

（2）當線程不運行時，被保存的現(xiàn)場資源。

（3）一組執(zhí)行堆棧。

（4）存放每個線程的局部變量主存區(qū)。

（5）訪問同一個進程中的主存和其它資源。

用于指示被執(zhí)行指令序列的程序計數(shù)器、保留局部變量、少數(shù)狀態(tài)參數(shù)和返回地址等的一組寄存器和堆棧。

2）獨立調(diào)度和分派的基本單位。

在多線程OS中，線程是能獨立運行的基本單位，因而也是獨立調(diào)度和分派的基本單位。由于線程很“輕”，故線程的切換非常迅速且開銷?。ㄔ谕贿M程中的）。

3）可并發(fā)執(zhí)行。

在一個進程中的多個線程之間，可以并發(fā)執(zhí)行，甚至允許在一個進程中所有線程都能并發(fā)執(zhí)行；同樣，不同進程中的線程也能并發(fā)執(zhí)行，充分利用和發(fā)揮了處理機與外圍設備并行工作的能力。

4）共享進程資源。

在同一進程中的各個線程，都可以共享該進程所擁有的資源，這首先表現(xiàn)在：所有線程都具有相同的地址空間（進程的地址空間），這意味著，線程可以訪問該地址空間的每一個虛地址；此外，還可以訪問進程所擁有的已打開文件、定時器、信號量機構(gòu)等。由于同一個進程內(nèi)的線程共享內(nèi)存和文件，所以線程之間互相通信不必調(diào)用內(nèi)核。

進程是資源分配的基本單位。所有與該進程有關的資源，都被記錄在進程控制塊PCB中。以表示該進程擁有這些資源或正在使用它們。

另外，進程也是搶占處理機的調(diào)度單位，它擁有一個完整的虛擬地址空間。當進程發(fā)生調(diào)度時，不同的進程擁有不同的虛擬地址空間，而同一進程內(nèi)的不同線程共享同一地址空間。

與進程相對應，線程與資源分配無關，它屬于某一個進程，并與進程內(nèi)的其他線程一起共享進程的資源。

線程只由相關堆棧（系統(tǒng)?；蛴脩魲＃┘拇嫫骱途€程控制表TCB組成。寄存器可被用來存儲線程內(nèi)的局部變量，但不能存儲其他線程的相關變量。

通常在一個進程中可以包含若干個線程，它們可以利用進程所擁有的資源。在引入線程的操作系統(tǒng)中，通常都是把進程作為分配資源的基本單位，而把線程作為獨立運行和獨立調(diào)度的基本單位。由于線程比進程更小，基本上不擁有系統(tǒng)資源，故對它的調(diào)度所付出的開銷就會小得多，能更高效的提高系統(tǒng)內(nèi)多個程序間并發(fā)執(zhí)行的程度，從而顯著提高系統(tǒng)資源的利用率和吞吐量。因而近年來推出的通用操作系統(tǒng)都引入了線程，以便進一步提高系統(tǒng)的并發(fā)性，并把它視為現(xiàn)代操作系統(tǒng)的一個重要指標。

線程與進程的區(qū)別可以歸納為以下4點：

1）地址空間和其它資源（如打開文件）：進程間相互獨立，同一進程的各線程間共享。某進程內(nèi)的線程在其它進程不可見。

2）通信：進程間通信IPC，線程間可以直接讀寫進程數(shù)據(jù)段（如全局變量）來進行通信——需要進程同步和互斥手段的輔助，以保證數(shù)據(jù)的一致性。

3）調(diào)度和切換：線程上下文切換比進程上下文切換要快得多。

4）在多線程OS中，進程不是一個可執(zhí)行的實體。

守護線程是特殊的線程，一般用于在后臺為其他線程提供服務.

Java中，isDaemon()：判斷一個線程是否為守護線程.

Java中，setDaemon()：設置一個線程為守護線程.

C# 守護線程

類1:守護線程類

/**
*　本線程設置了一個超時時間
*　該線程開始運行后，經(jīng)過指定超時時間，
*　該線程會拋出一個未檢查異常通知調(diào)用該線程的程序超時
*　在超時結(jié)束前可以調(diào)用該類的cancel方法取消計時
*　@author　solonote
*/public　class　TimeoutThread　extends　Thread{
/**
*　計時器超時時間
*/
private　long　timeout;
/**
*　計時是否被取消
*/
private　boolean　isCanceled　=　false;
/**
*　當計時器超時時拋出的異常
*/
private　TimeoutException　timeoutException;
/**
*　構(gòu)造器
*　@param　timeout　指定超時的時間
*/
public　TimeoutThread(long　timeout,TimeoutException　timeoutErr)　{
super();
this.timeout　=　timeout;
this.timeoutException　=　timeoutErr;
//設置本線程為守護線程
this.setDaemon(true);
}
/**
*　取消計時
*/
public　synchronized　void　cancel()
{
isCanceled　=　true;
}
/**
*　啟動超時計時器
*/
public　void　run()
{
try　{
Thread.sleep(timeout);
if(!isCanceled)
throw　timeoutException;
}　catch　(InterruptedException　e)　{
e.printStackTrace();
}
}
}

線程的同步是Java多線程編程的難點，往往開發(fā)者搞不清楚什么是競爭資源、什么時候需要考慮同步，怎么同步等等問題，當然，這些問題沒有很明確的答案，但有些原則問題需要考慮，是否有競爭資源被同時改動的問題？對于同步，在具體的Java代碼中需要完成以下兩個操作：把競爭訪問的資源標識為private；同步哪些修改變量的代碼，使用synchronized關鍵字同步方法或代碼。當然這不是唯一控制并發(fā)安全的途徑。synchronized關鍵字使用說明synchronized只能標記非抽象的方法，不能標識成員變量。為了演示同步方法的使用，構(gòu)建了一個信用卡賬戶，起初信用額為100w，然后模擬透支、存款等多個操作。顯然銀行賬戶User對象是個競爭資源，而多個并發(fā)操作的是賬戶方法oper(int x)，當然應該在此方法上加上同步，并將賬戶的余額設為私有變量，禁止直接訪問。

工作原理

線程是進程中的實體，一個進程可以擁有多個線程，一個線程必須有一個父進程。線程不擁有系統(tǒng)資源，只有運行必須的一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；它與父進程的其它線程共享該進程所擁有的全部資源。線程可以創(chuàng)建和撤消線程，從而實現(xiàn)程序的并發(fā)執(zhí)行。一般，線程具有就緒、阻塞和運行三種基本狀態(tài)。

在多中央處理器的系統(tǒng)里，不同線程可以同時在不同的中央處理器上運行，甚至當它們屬于同一個進程時也是如此。大多數(shù)支持多處理器的操作系統(tǒng)都提供編程接口來讓進程可以控制自己的線程與各處理器之間的關聯(lián)度（affinity）。

有時候，線程也稱作輕量級進程。就象進程一樣，線程在程序中是獨立的、并發(fā)的執(zhí)行路徑，每個線程有它自己的堆棧、自己的程序計數(shù)器和自己的局部變量。但是，與分隔的進程相比，進程中的線程之間的隔離程度要小。它們共享內(nèi)存、文件句柄和其它每個進程應有的狀態(tài)。

進程可以支持多個線程，它們看似同時執(zhí)行，但互相之間并不同步。一個進程中的多個線程共享相同的內(nèi)存地址空間，這就意味著它們可以訪問相同的變量和對象，而且它們從同一堆中分配對象。盡管這讓線程之間共享信息變得更容易，但您必須小心，確保它們不會妨礙同一進程里的其它線程。

Java 線程工具和 API看似簡單。但是，編寫有效使用線程的復雜程序并不十分容易。因為有多個線程共存在相同的內(nèi)存空間中并共享相同的變量，所以您必須小心，確保您的線程不會互相干擾。

線程屬性

為了正確有效地使用線程，必須理解線程的各個方面并了解Java 實時系統(tǒng)。必須知道如何提供線程體、線程的生命周期、實時系統(tǒng)如 何調(diào)度線程、線程組、什么是幽靈線程（Demo nThread）。

線程體

所有的操作都發(fā)生在線程體中，在Java中線程體是從Thread類繼承的run（）方法，或?qū)崿F(xiàn)Runnable接口的類中的run（）方法。當線程產(chǎn)生并初始化后，實時系統(tǒng)調(diào)用它的run（）方法。run（）方法內(nèi)的代碼實現(xiàn)所產(chǎn)生線程的行為，它是線程的主要部分。

線程狀態(tài)

附圖表示了線程在它的生命周期內(nèi)的任何時刻所能處的狀態(tài)以及引起狀態(tài)改變的方法。這圖并不是完整的有限狀態(tài)圖，但基本概括了線程中比較感興趣和普遍的方面。以下討論有關線程生命周期以此為據(jù)。

●新線程態(tài)（New Thread)

產(chǎn)生一個Thread對象就生成一個新線程。當線程處于"新線程"狀態(tài)時，僅僅是一個空線程對象，它還沒有分配到系統(tǒng)資源。因此只能啟動或終止它。任何其他操作都會引發(fā)異常。例如，一個線程調(diào)用了new方法之后，并在調(diào)用start方法之前的處于新線程狀態(tài)，可以調(diào)用start和stop方法。

●可運行態(tài)（Runnable)

start（）方法產(chǎn)生運行線程所必須的資源，調(diào)度線程執(zhí)行，并且調(diào)用線程的run（）方法。在這時線程處于可運行態(tài)。該狀態(tài)不稱為運行態(tài)是因為這時的線程并不總是一直占用處理機。特別是對于只有一個處理機的PC而言，任何時刻只能有一個處于可運行態(tài)的線程占用處理 機。Java通過調(diào)度來實現(xiàn)多線程對處理機的共享。注意，如果線程處于Runnable狀態(tài)，它也有可能不在運行，這是因為還有優(yōu)先級和調(diào)度問題。

●阻塞/非運行態(tài)（Not Runnable)

當以下事件發(fā)生時，線程進入非運行態(tài)。

①suspend()方法被調(diào)用；

②sleep()方法被調(diào)用；

③線程使用wait()來等待條件變量；

④線程處于I/O請求的等待。

●死亡態(tài)（Dead)

當run（）方法返回，或別的線程調(diào)用stop（）方法，線程進入死亡態(tài)。通常Applet使用它的stop（）方法來終止它產(chǎn)生的所有線程。

線程的本操作：

派生：線程在進程內(nèi)派生出來，它即可由進程派生，也可由線程派生。

阻塞（Block）：如果一個線程在執(zhí)行過程中需要等待某個事件發(fā)生，則被阻塞。

激活（unblock）：如果阻塞線程的事件發(fā)生，則該線程被激活并進入就緒隊列。

調(diào)度（schedule）：選擇一個就緒線程進入執(zhí)行狀態(tài)。

結(jié)束（Finish）：如果一個線程執(zhí)行結(jié)束，它的寄存器上下文以及堆棧內(nèi)容等將被釋放。

圖2 線程的狀態(tài)與操作

線程的另一個執(zhí)行特性是同步。線程中所使用的同步控制機制與進程中所使用的同步控制機制相同。

線程優(yōu)先級

雖然我們說線程是并發(fā)運行的。然而事實常常并非如此。正如前面談到的，當系統(tǒng)中只有一個CPU時，以某種順序在單CPU情況下執(zhí)行多線程被稱為調(diào)度（scheduling）。Java采用的是一種簡單、固定的調(diào)度法，即固定優(yōu)先級調(diào)度。這種算法是根據(jù)處于可運行態(tài)線程的相對優(yōu)先級來實行調(diào)度。當線程產(chǎn)生時，它繼承原線程的優(yōu)先級。在需要時可對優(yōu)先級進行修改。在任何時刻，如果有多條線程等待運行，系統(tǒng)選擇優(yōu)先級最高的可運行線程運行。只有當它停止、自動放棄、或由于某種原因成為非運行態(tài)低優(yōu)先級的線程才能運行。如果兩個線程具有相同的優(yōu)先級，它們將被交替地運行。　Java實時系統(tǒng)的線程調(diào)度算法還是強制性的，在任何時刻，如果一個比其他線程優(yōu)先級都高的線程的狀態(tài)變?yōu)榭蛇\行態(tài)，實時系統(tǒng)將選擇該線程來運行。一個應用程序可以通過使用線程中的方法setPriority(int），來設置線程的優(yōu)先級大小。

有線程進入了就緒狀態(tài)，需要有線程調(diào)度程序來決定何時執(zhí)行，根據(jù)優(yōu)先級來調(diào)度。

線程中的join()可以用來邀請其他線程先執(zhí)行(示例代碼如下)：

packageorg.thread.test;publicclassJoin01implementsRunnable{publicstaticvoidmain(String[]args){for(inti=0;i

yield()告訴系統(tǒng)"把自己的CPU時間讓掉，讓其他線程或者自己運行"，示例代碼如下:

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

{

System.out.println("第一個線程第" (i 1) "次運行.");//讓當前線程暫停yield();

}

}

}

classYieldSecondextendsThread

{

@Overridepublicvoidrun()

{

for(inti=0;i

{

System.out.println("第二個線程第" (i 1) "次運行.");//讓當前線程暫停yield();

}

}

classYieldThirdextendsThread

{

@Overridepublicvoidrun(){for(inti=0;i

{

System.out.println("第三個線程第" (i 1) "次運行.");//讓當前線程暫停yield();

}

}

幽靈線程

任何一個Java線程都能成為幽靈線程。它是作為運行于同一個進程內(nèi)的對象和線程的服務提供者。例如，HotJava瀏覽器有一個稱為" 后臺圖片閱讀器"的幽靈線程,它為需要圖片的對象和線程從文件系統(tǒng)或網(wǎng)絡讀入圖片?！∮撵`線程是應用中典型的獨立線程。它為同一應用中的其他對象和線程提供服務。幽靈線程的run（）方法一般都是無限循環(huán)，等待服務請求。

線程組

每個Java線程都是某個線程組的成員。線程組提供一種機制，使得多個線程集于一個對象內(nèi)，能對它們實行整體操作。譬如，你能用一個方法調(diào)用來啟動或掛起組內(nèi)的所有線程。Java線程組由ThreadGroup類實現(xiàn)。

當線程產(chǎn)生時，可以指定線程組或由實時系統(tǒng)將其放入某個缺省的線程組內(nèi)。線程只能屬于一個線程組，并且當線程產(chǎn)生后不能改變它所屬的線程組。

多線程

對于多線程的好處這就不多說了。但是，它同樣也帶來了某些新的麻煩。只要在設計程序時特別小心留意，克服這些麻煩并不算太困難。在生成線程時必須將線程放在指定的線程組，也可以放在缺省的線程組中，缺省的就是生成該線程的線程所在的線程組。一旦一個線程加入了某個線程組，不能被移出這個組。

同步線程

許多線程在執(zhí)行中必須考慮與其他線程之間共享數(shù)據(jù)或協(xié)調(diào)執(zhí)行狀態(tài)。這就需要同步機制。在Java中每個對象都有一把鎖與之對應。但Java不提供單獨的lock和unlock操作。它由高層的結(jié)構(gòu)隱式實現(xiàn)，來保證操作的對應。（然而，我們注意到Java虛擬機提供單獨的monito renter和monitorexit指令來實現(xiàn)lock和

unlock操作。） synchronized語句計算一個對象引用，試圖對該對象完成鎖操作，并且在完成鎖操作前停止處理。當鎖操作完成synchronized語句體得到執(zhí)行。當語句體執(zhí)行完畢（無論正常或異常），解鎖操作自動完成。作為面向?qū)ο蟮恼Z言，synchronized經(jīng)常與方法連用。一種比較好的辦法是，如果某個變量由一個線程賦值并由別的線程引用或賦值，那么所有對該變量的訪問都必須在某個synchromized語句或synchronized方法內(nèi)。

在此假設一種情況：線程1與線程2都要訪問某個數(shù)據(jù)區(qū)，并且要求線程1的訪問先于線程2，則這時僅用synchronized是不能解決問題的。這在Unix或Windows NT中可用Simaphore來實現(xiàn)。而Java并不提供。在Java中提供的是wait()和notify()機制。使用如下：

synchronizedmethod_1(/*……*/){//calledbythread1.//accessdataareaavailable=true;notify();}synchronizedmethod_2(/*……*/){//calledbythread2.while(!available)try{wait();//waitfornotify().}catch(InterruptedExceptione){}//accessdataarea}

其中available是類成員變量，置初值為false。

如果在method-2中檢查available為假，則調(diào)用wait（）。wait（）的作用是使線程2進入非運行態(tài)，并且解鎖。在這種情況下，method-1可以被線程1調(diào)用。當執(zhí)行notify（）后。線程2由非運行態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蛇\行態(tài)。當method-1調(diào)用返回后。線程2可重新對該對象加鎖，加鎖成功后執(zhí)行wait（）返回后的指令。這種機制也能適用于其他更復雜的情況。

死鎖

如果程序中有幾個競爭資源的并發(fā)線程，那么保證均衡是很重要的。系統(tǒng)均衡是指每個線程在執(zhí)行過程中都能充分訪問有限的資源。系統(tǒng)中沒有餓死和死鎖的線程。Java并不提供對死鎖的檢測機制。對大多數(shù)的Java程序員來說防止死鎖是一種較好的選擇。最簡單的防止死鎖的方法是對競爭的資源引入序號，如果一個線程需要幾個資源，那么它必須先得到小序號的資源，再申請大序號的資源。

優(yōu)化

Java的多線程安全是基于Lock機制實現(xiàn)的，而Lock的性能往往不如人意。原因是，monitorenter與monitorexit這兩個控制多線程同步的bytecode原語，是JVM依賴操作系統(tǒng)互斥（mutex）來實現(xiàn)的。而互斥是一種會導致線程掛起，并在較短的時間內(nèi)又需要重新調(diào)度回原線程的，較為消耗資源的操作。所以需要進行對線程進行優(yōu)化，提高效率。

輕量級鎖

輕量級鎖（Lightweight Locking）是從Java6開始引入的概念，本意是為了減少多線程進入互斥的幾率，并不是要替代互斥。它利用了CPU原語Compare-And-Swap(CAS，匯編指令CMPXCHG），嘗試在進入互斥前，進行補救。下面將詳細介紹JVM如何利用CAS，實現(xiàn)輕量級鎖。

Java Object Model中定義，Object Header是一個2字（1 word = 4 byte）長度的存儲區(qū)域。第一個字長度的區(qū)域用來標記同步，GC以及hash code等，官方稱之為 mark word。第二個字長度的區(qū)域是指向到對象的Class。在2個word中，mark word是輕量級鎖實現(xiàn)的關鍵，其結(jié)構(gòu)見右表。

從表中可以看到，state為lightweight locked的那行即為輕量級鎖標記。bitfieds名為指向lock record的指針，這里的lock record，其實是一塊分配在線程堆棧上的空間區(qū)域。用于CAS前，拷貝object上的mark word。第三項是重量級鎖標記。后面的狀態(tài)單詞很有趣，inflated，譯為膨脹，在這里意思其實是鎖已升級到OS-level。一般我們只關注第二和第三項即可。lock，unlock與mark word之間的聯(lián)系如右圖所示。在圖中，提到了拷貝object mark word，由于脫離了原始mark word，官方將它冠以displaced前綴，即displaced mark word（置換標記字）。這個displaced mark word是整個輕量級鎖實現(xiàn)的關鍵，在CAS中的compare就需要用它作為條件。

在拷貝完object mark word之后，JVM做了一步交換指針的操作，即流程中第一個橙色矩形框內(nèi)容所述。將object mark word里的輕量級鎖指針指向lock record所在的stack指針，作用是讓其他線程知道，該object monitor已被占用。lock record里的owner指針指向object mark word的作用是為了在接下里的運行過程中，識別哪個對象被鎖住了。

最后一步unlock中，我們發(fā)現(xiàn)，JVM同樣使用了CAS來驗證object mark word在持有鎖到釋放鎖之間，有無被其他線程訪問。如果其他線程在持有鎖這段時間里，嘗試獲取過鎖，則可能自身被掛起，而mark word的重量級鎖指針也會被相應修改。此時，unlock后就需要喚醒被掛起的線程。

偏向鎖

Java偏向鎖（Biased Locking）是Java 6引入的一項多線程優(yōu)化。它通過消除資源無競爭情況下的同步原語，進一步提高了程序的運行性能。它與輕量級鎖的區(qū)別在于，輕量級鎖是通過CAS來避免進入開銷較大的互斥操作，而偏向鎖是在無競爭場景下完全消除同步，連CAS也不執(zhí)行（CAS本身仍舊是一種操作系統(tǒng)同步原語，始終要在JVM與OS之間來回，有一定的開銷）。所謂的無競爭場景，就是單線程訪問帶同步的資源或方法。

偏向鎖，顧名思義，它會偏向于第一個訪問鎖的線程，如果在接下來的運行過程中，該鎖沒有被其他的線程訪問，則持有偏向鎖的線程將永遠不需要觸發(fā)同步。如果在運行過程中，遇到了其他線程搶占鎖，則持有偏向鎖的線程會被掛起，JVM會嘗試消除它身上的偏向鎖，將鎖恢復到標準的輕量級鎖。（偏向鎖只能在單線程下起作用）。

偏向模式和非偏向模式，在mark word表中，主要體現(xiàn)在thread ID字段是否為空。

掛起持有偏向鎖的線程，這步操作類似GC的pause，但不同之處是，它只掛起持有偏向鎖的線程（非當前線程）。

在搶占模式的橙色區(qū)域說明中有提到，指向當前堆棧中最近的一個lock record（在輕量級鎖中，lock record是進入鎖前會在stack上創(chuàng)建的一份內(nèi)存空間）。這里提到的最近的一個lock record，其實就是當前鎖所在的stack frame上分配的lock record。整個步驟是從偏向鎖恢復到輕量級鎖的過程。

偏向鎖也會帶來額外開銷。在JDK6中，偏向鎖是默認啟用的。它提高了單線程訪問同步資源的性能。

但試想一下，如果你的同步資源或代碼一直都是多線程訪問的，那么消除偏向鎖這一步驟對你來說就是多余的。事實上，消除偏向鎖的開銷還是蠻大的。所以在你非常熟悉自己的代碼前提下，大可禁用偏向鎖 -XX:-UseBiasedLocking。

分類

線程有兩個基本類型：

用戶級線程：管理過程全部由用戶程序完成，操作系統(tǒng)內(nèi)核心只對進程進行管理。

系統(tǒng)級線程（核心級線程）：由操作系統(tǒng)內(nèi)核進行管理。操作系統(tǒng)內(nèi)核給應用程序提供相應的系統(tǒng)調(diào)用和應用程序接口API，以使用戶程序可以創(chuàng)建、執(zhí)行、撤消線程。

舉例UNIX International 線程

UNIX International 線程的頭文件是 ，僅適用于Sun Solaris操作系統(tǒng)。所以UNIX International線程也常被俗稱為Solaris線程。

1.創(chuàng)建線程

intthr_create(void*stack_base,size_tstack_size,void*(*start_routine)(void*),void*arg,longflags,thread_t*new_thr);

2.等待線程

intthr_join(thread_twait_for,thread_t*dead,void**status);

3.掛起線程

intthr_suspend(thread_tthr);

4.繼續(xù)線程

intthr_continue(thread_tthr);

5.退出線程

voidthr_exit(void*status);

6.返回當前線程的線程標識符

thread_tthr_self(void);POSIX線程

POSIX線程（Pthreads）的頭文件是，適用于類Unix操作系統(tǒng)。Windows操作系統(tǒng)并沒有對POSIX線程提供原生的支持庫。不過Win32的POSIX線程庫的一些實現(xiàn)也還是有的，例如pthreads-w32 。

1.創(chuàng)建線程

intpthread_create(pthread_t*thread,constpthread_attr_t*attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg);

2.等待線程

intpthread_join(pthread_tthread,void**retval);

3.退出線程

voidpthread_exit(void*retval);

4.返回當前線程的線程標識符

pthread_tpthread_self(void);

5.線程取消

intpthread_cancel(pthread_tthread);Win32線程

Win32線程的頭文件是，適用于Windows操作系統(tǒng)。

1.創(chuàng)建線程

HANDLEWINAPICreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTESlpThreadAttributes,SIZE_TdwStackSize,LPTHREAD_START_ROUTINElpStartAddress,LPVOIDlpParameter,DWORDdwCreationFlags,LPDWORDlpThreadId);

2.結(jié)束本線程

VOIDWINAPIExitThread(DWORDdwExitCode);

3.掛起指定的線程

DWORDWINAPISuspendThread(HANDLEhThread);

4.恢復指定線程運行

DWORDWINAPIResumeThread(HANDLEhThread);

5.等待線程運行完畢

DWORDWINAPIWaitForSingleObject(HANDLEhHandle,DWORDdwMilliseconds);

6.返回當前線程的線程標識符

DWORDWINAPIGetCurrentThreadId(void);

7.返回當前線程的線程句柄

HANDLEWINAPIGetCurrentThread(void);C 11 線程

C 11 線程的頭文件是。

1. 創(chuàng)建線程std::thread::thread(Function&& f, Args&&... args);

2. 等待線程結(jié)束std::thread::join();

3. 脫離線程控制std::thread::detach();

4. 交換線程std::thread::swap( thread& other );

C 11 線程

C11線程的頭文件是。

C11線程僅僅是個“建議標準”，也就是說100%遵守C11標準的C編譯器是可以不支持C11線程的。根據(jù)C11標準的規(guī)定，只要編譯器預定義了__STDC_NO_THREADS__宏，就可以沒有頭文件，自然也就也沒有下列函數(shù)。

1.創(chuàng)建線程

intthrd_create(thrd_t*thr,thrd_start_tfunc,void*arg);

2.結(jié)束本線程

_Noreturnvoidthrd_exit(intres);

3.等待線程運行完畢

intthrd_join(thrd_tthr,int*res);

4.返回當前線程的線程標識符

thrd_tthrd_current();Java線程

1）最簡單的情況是，Thread/Runnable的run()方法運行完畢，自行終止。

2）對于更復雜的情況，比如有循環(huán)，則可以增加終止標記變量和任務終止的檢查點。

3）最常見的情況，也是為了解決阻塞不能執(zhí)行檢查點的問題，用中斷來結(jié)束線程，但中斷只是請求，并不能完全保證線程被終止，需要執(zhí)行線程協(xié)同處理。

4）IO阻塞和等鎖情況下需要通過特殊方式進行處理。

5）使用Future類的cancel()方法調(diào)用。

6）調(diào)用線程池執(zhí)行器的shutdown()和shutdownNow()方法。

7）守護線程會在非守護線程都結(jié)束時自動終止。

8）Thread的stop()方法，但已不推薦使用。

線程的組成

1）一組代表處理器狀態(tài)的CPU寄存器中的內(nèi)容

2）兩個棧，一個用于當線程在內(nèi)核模式下執(zhí)行的時候，另一個用于線程在用戶模式下執(zhí)行的時候

3）一個被稱為線程局部存儲器（TLS，thread-local storage）的私有儲存區(qū)域，各個子系統(tǒng)、運行庫和DLL都會用到該儲存區(qū)域

4）一個被稱為線程ID（thread ID，線程標識符）的唯一標識符（在內(nèi)部也被稱為客戶ID——進程ID和線程ID是在同一個名字空間中生產(chǎn)的，所以它們永遠 不會重疊）

5）有時候線程也有它們自己的安全環(huán)境，如果多線程服務器應用程序要模仿其客戶的安全環(huán)境，則往往可以利用線程的安全環(huán)境

（1）創(chuàng)建線程

當創(chuàng)建一個新的進程時，也創(chuàng)建一個新的線程，進程中的線程可以在同一進程中創(chuàng)建新的線程。

（2）終止線程

可以正常終止自己，也可能某個線程執(zhí)行錯誤，由其它線程強行終止。終止線程操作主要負責釋放線程占有的寄存器和棧

（3）阻塞線程

當線程等待每個事件無法運行時，停止其運行。

（4）喚醒線程

當阻塞線程的事件發(fā)生時，將被阻塞的線程狀態(tài)置為就緒態(tài)，將其掛到就緒隊列。進程仍然具有與執(zhí)行相關的狀態(tài)。例如，所謂進程處于“執(zhí)行”狀態(tài)，實際上是指該進程中的某線程正在執(zhí)行。對進程施加的與進程狀態(tài)有關的操作，也對其線程起作用。例如，把某個進程掛起時，該進程中的所有線程也都被掛起，激活也是同樣。

線程池線程池

//線程池示例
usingSystem;
usingSystem.Threading;publicclassTest
{
//存放要計算的數(shù)值的字段
staticdoublenumber1=-1;
staticdoublenumber2=-1;publicstaticvoidMain()
{
//獲取線程池的最大線程數(shù)和維護的最小空閑線程數(shù)
intmaxThreadNum,minThreadNum;
intportThreadNum;

ThreadPool.GetMaxThreads(outmaxThreadNum,outportThreadNum);
ThreadPool.GetMinThreads(outminThreadNum,outportThreadNum);
Console.WriteLine("最大線程數(shù)：{0}",maxThreadNum);
Console.WriteLine("最小線程數(shù)：{0}",minThreadNum);

//函數(shù)變量值
intx=15600;
//啟動第一個任務：計算x的8次方
Console.WriteLine("啟動第一個任務：計算{0}的8次方。",x);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(newWaitCallback(TaskProc1),x);

//啟動第二個任務：計算x的8次方根
Console.WriteLine("啟動第二個任務：計算{0}的8次方根。",x);
ThreadPool.QueueUserWorkItem(newWaitCallback(TaskProc2),x);

//等待，直到兩個數(shù)值都完成計算
while(number1==-1||number2==-1);
//打印計算結(jié)果
Console.WriteLine("y({0})={1}",x,number1 number2);
Console.Read();
}

//啟動第一個任務：計算x的8次方
staticvoidTaskProc1(objecto)
{
number1=Math.Pow(Convert.ToDouble(o),8);
}

//啟動第二個任務：計算x的8次方根
staticvoidTaskProc2(objecto)
{
number2=Math.Pow(Convert.ToDouble(o),1.0/8.0);
}
}

線程池池結(jié)構(gòu)

[HostProtection(SecurityAction.LinkDemand,Synchronization=true,ExternalThreading=true)]publicstaticclassThreadPool
{
[Obsolete("ThreadPool.BindHandle(IntPtr)hasbeendeprecated.PleaseuseThreadPool.BindHandle(SafeHandle)instead.",false),SecurityPermission(SecurityAction.Demand,Flags=SecurityPermissionFlag.UnmanagedCode)]
publicstaticboolBindHandle(IntPtrosHandle)
{
if(osHandle==null){thrownewArgumentNullException("osHandle");}
boolflag=false;
boolsuccess=false;
RuntimeHelpers.PrepareConstrainedRegions();
try
{
osHandle.DangerousAddRef(refsuccess);
flag=BindIOCompletionCallbackNative(osHandle.DangerousGetHandle());
}
finally
{
if(success)
osHandle.DangerousRelease();
}
returnflag;
}

線程池（英語：thread pool）：一種線程使用模式。線程過多會帶來調(diào)度開銷，進而影響緩存局部性和整體性能。而線程池維護著多個線程，等待著監(jiān)督管理者分配可并發(fā)執(zhí)行的任務。這避免了在處理短時間任務時創(chuàng)建與銷毀線程的代價。線程池不僅能夠保證內(nèi)核的充分利用，還能防止過分調(diào)度?？捎镁€程數(shù)量應該取決于可用的并發(fā)處理器、處理器內(nèi)核、內(nèi)存、網(wǎng)絡sockets等的數(shù)量。 例如，線程數(shù)一般取cpu數(shù)量 2比較合適，線程數(shù)過多會導致額外的線程切換開銷。

任務調(diào)度以執(zhí)行線程的常見方法是使用同步隊列，稱作任務隊列。池中的線程等待隊列中的任務，并把執(zhí)行完的任務放入完成隊列中。

線程池模式一般分為兩種：HS/HA半同步/半異步模式、L/F領導者與跟隨者模式。

• 半同步/半異步模式又稱為生產(chǎn)者消費者模式，是比較常見的實現(xiàn)方式，比較簡單。分為同步層、隊列層、異步層三層。同步層的主線程處理工作任務并存入工作隊列，工作線程從工作隊列取出任務進行處理，如果工作隊列為空，則取不到任務的工作線程進入掛起狀態(tài)。由于線程間有數(shù)據(jù)通信，因此不適于大數(shù)據(jù)量交換的場合。

• 領導者跟隨者模式，在線程池中的線程可處在3種狀態(tài)之一：領導者leader、追隨者follower或工作者processor。任何時刻線程池只有一個領導者線程。事件到達時，領導者線程負責消息分離，并從處于追隨者線程中選出一個來當繼任領導者，然后將自身設置為工作者狀態(tài)去處置該事件。處理完畢后工作者線程將自身的狀態(tài)置為追隨者。這一模式實現(xiàn)復雜，但避免了線程間交換任務數(shù)據(jù)，提高了CPU cache相似性。在ACE(Adaptive Communication Environment)中，提供了領導者跟隨者模式實現(xiàn)。

線程池的伸縮性對性能有較大的影響。

• 創(chuàng)建太多線程，將會浪費一定的資源，有些線程未被充分使用。

• 銷毀太多線程，將導致之后浪費時間再次創(chuàng)建它們。

• 創(chuàng)建線程太慢，將會導致長時間的等待，性能變差。

• 銷毀線程太慢，導致其它線程資源饑餓。

應用程序可以有多個線程，這些線程在休眠狀態(tài)中需要耗費大量時間來等待事件發(fā)生。其他線程可能進入睡眠狀態(tài)，并且僅定期被喚醒以輪循更改或更新狀態(tài)信息，然后再次進入休眠狀態(tài)。為了簡化對這些線程的管理，.NET框架為每個進程提供了一個線程池，一個線程池有若干個等待操作狀態(tài)，當一個等待操作完成時，線程池中的輔助線程會執(zhí)行回調(diào)函數(shù)。線程池中的線程由系統(tǒng)管理，程序員不需要費力于線程管理，可以集中精力處理應用程序任務。