多线程的原理

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多线程的原理

• 并行和并发的区别与联系
  • 并行指多个线程同时执行不同任务，同时进行
  • 并发指多个线程交替执行同一个任务，交替进行
  • 两者都是为了提高程序的执行效率
• 线程与进程的关系
  • 进程是操作系统中资源分配的最小单位，拥有独立的地址空间和系统资源
  • 线程是进程中的一个执行单元，共享进程的资源
  • 一个进程可以包含多个线程，多个线程共享同一进程的资源
• 多线程的优势
  • 提高程序的响应性，增强用户体验
  • 提高程序的性能，利用多核处理器并行处理任务
  • 能充分利用资源，提高系统的资源利用率
  • 便于编程和维护，简化了程序的结构
• 多线程的实现方式
  • 操作系统级线程
    • 由操作系统内核提供支持，线程切换的开销较大
    • 如Windows的CreateThread()、Linux的pthread_create()
  • 用户级线程
    • 由用户程序库提供支持，线程切换的开销较小
    • 如Java的Thread类、Python的threading模块
• 线程的调度
  • 抢占式调度
    • 由操作系统决定在何时中断线程以切换到另一个线程
    • 优先级高的线程会优先执行，但可能导致优先级低的线程饥饿
  • 协同式调度
    • 由线程自己决定何时让出CPU，主动交出控制权
    • 更加公平，但一个线程的错误可能导致整个程序崩溃
• 多线程的同步与互斥
  • 同步
    • 保证多个线程按照一定的顺序去访问共享资源
    • 常用的同步机制有信号量、互斥锁、条件变量等
  • 互斥
    • 保证在同一时刻只有一个线程访问共享资源
    • 常用的互斥机制有互斥锁、读写锁等
• 多线程的常见问题与解决方法
  • 死锁
    • 多个线程相互等待对方释放资源导致无法继续执行
    • 避免死锁可通过资源有序分配、避免嵌套锁等方法
  • 竞态条件
    • 多个线程同时访问共享资源，导致执行结果不确定
    • 可通过使用互斥锁、条件变量等机制来避免竞态条件
  • 线程安全
    • 多线程环境下，多个线程访问同一个对象或资源时的安全性
    • 可通过加锁、使用原子操作等方式保证线程安全