併發編程之多線程理論

1、什麼是線程　

　　在傳統操做系統中，每一個進程有一個地址空間，並且默認就有一個控制線程

　　線程顧名思義，就是一條流水線工做的過程（流水線的工做須要電源，電源就至關於cpu），而一條流水線必須屬於一個車間，一個車間的工做過程是一個進程，車間負責把資源整合到一塊兒，是一個資源單位，而一個車間內至少有一條流水線。

　　因此，進程只是用來把資源集中到一塊兒（進程只是一個資源單位，或者說資源集合），而線程纔是cpu上的執行單位。

　　多線程（即多個控制線程）的概念是，在一個進程中存在多個線程，多個線程共享該進程的地址空間，至關於一個車間內有多條流水線，都共用一個車間的資源。例如，北京地鐵與上海地鐵是不一樣的進程，而北京地鐵裏的13號線是一個線程，北京地鐵全部的線路共享北京地鐵全部的資源，好比全部的乘客能夠被全部線路拉。

2、線程的建立開銷小

一、建立進程的開銷要遠大於線程？

　　若是咱們的軟件是一個工廠，該工廠有多條流水線，流水線工做須要電源，電源只有一個即cpu（單核cpu）。一個車間就是一個進程，一個車間至少一條流水線（一個進程至少一個線程）；建立一個進程，就是建立一個車間（申請空間，在該空間內建至少一條流水線），而建線程，就只是在一個車間內造一條流水線，無需申請空間，因此建立開銷小。

二、進程之間是競爭關係，線程之間是協做關係？

　　車間直接是競爭/搶電源的關係，競爭（不一樣的進程直接是競爭關係，是不一樣的程序員寫的程序運行的，迅雷搶佔其餘進程的網速，360把其餘進程當作病毒乾死）
　　一個車間的不一樣流水線式協同工做的關係（同一個進程的線程之間是合做關係，是同一個程序寫的程序內開啓動，迅雷內的線程是合做關係，不會本身幹本身）

3、線程與進程的區別

　　一、每啓動一個進程，進程內都至少有一個線程。

　　二、進程自己只是一個資源單位，並不能真正執行，進程內開的線程纔是真正的運行單位。

　　三、一個進程內能夠啓動多個線程，同一進程內線程間共享資源。

　　四、啓線程的開銷遠遠小於開進程。

　　五、線程能夠至關程度控制相同進程下的線程，進程只能控制其子進程。

　　六、對主線程的更改（取消、優先級更改等）可能會進程的其餘線程的行爲；對父進程的修改則不會影響子進程。

4、爲什麼要用多線程

　　多線程指的是，在一個進程中開啓多個線程，簡單的講：若是多個任務共用一塊地址空間，那麼必須在一個進程內開啓多個線程。詳細的講分爲4點：

　　1. 同一個進程內的多個線程共享該進程內的地址資源

      2. 線程比進程更輕量級，線程比進程更容易建立可撤銷，在許多操做系統中，建立一個線程比建立一個進程要快10-100倍，在有大量線程須要動態和快速修改時，這一特性頗有用

      3. 若多個線程都是cpu密集型的，那麼並不能得到性能上的加強，可是若是存在大量的計算和大量的I/O處理，擁有多個線程容許這些活動彼此重疊運行，從而會加快程序執行的速度。

      4. 在多cpu系統中，爲了最大限度的利用多核，能夠開啓多個線程，比開進程開銷要小的多。（這一條並不適用於python）

5、多線程應用舉例

　　開啓一個字處理軟件進程，該進程確定須要辦不止一件事情，好比監聽鍵盤輸入，處理文字，定時自動將文字保存到硬盤，這三個任務操做的都是同一塊數據，於是不能用多進程。只能在一個進程裏併發地開啓三個線程,若是是單線程，那就只能是，鍵盤輸入時，不能處理文字和自動保存，自動保存時又不能輸入和處理文字。

 

6、用戶級與內核級線程的對比 

一、如下是用戶級線程和內核級線程的區別

1. 內核支持線程是OS內核可感知的，而用戶級線程是OS內核不可感知的。
2. 用戶級線程的建立、撤消和調度不須要OS內核的支持，是在語言（如Java）這一級處理的；而內核支持線程的建立、撤消和調度都需OS內核提供支持，並且與進程的建立、撤消和調度大致是相同的。
3. 用戶級線程執行系統調用指令時將致使其所屬進程被中斷，而內核支持線程執行系統調用指令時，只致使該線程被中斷。
4. 在只有用戶級線程的系統內，CPU調度仍是以進程爲單位，處於運行狀態的進程中的多個線程，由用戶程序控制線程的輪換運行；在有內核支持線程的系統內，CPU調度則以線程爲單位，由OS的線程調度程序負責線程的調度。
5. 用戶級線程的程序實體是運行在用戶態下的程序，而內核支持線程的程序實體則是能夠運行在任何狀態下的程序。

二、內核線程的優缺點

　　優勢：

1. 當有多個處理機時，一個進程的多個線程能夠同時執行。

　　缺點：

1. 由內核進行調度。

三、用戶進程的優缺點

　　優勢：

1. 線程的調度不須要內核直接參與，控制簡單。
2. 能夠在不支持線程的操做系統中實現。
3. 建立和銷燬線程、線程切換代價等線程管理的代價比內核線程少得多。
4. 容許每一個進程定製本身的調度算法，線程管理比較靈活。
5. 線程可以利用的表空間和堆棧空間比內核級線程多。
6. 同一進程中只能同時有一個線程在運行，若是有一個線程使用了系統調用而阻塞，那麼整個進程都會被掛起。另外，頁面失效也會產生一樣的問題。

　　缺點：

1. 資源調度按照進程進行，多個處理機下，同一個進程中的線程只能在同一個處理機下分時複用