线程

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各地中文名稱
大陸 线程
台灣 執行緒
線程

线程英语thread)是操作系统能夠進行運算调度的最小單位。它被包含在进程之中,是行程中的實際運作單位。一条线程指的是进程中一个单一顺序的控制流,一個进程中可以並行多個线程,每条线程并行执行不同的任务。在Unix System VSunOS中也被称为轻量进程(lightweight processes),但轻量进程更多指内核线程(kernel thread),而把用户线程(user thread)称为线程。

线程是独立调度和分派的基本单位。线程可以操作系统内核调度的内核线程,如Win32线程;由用户进程自行调度的用户线程,如Linux平台的POSIX Thread;或者由内核与用户进程,如Windows 7的线程,进行混合调度。

同一进程中的多条线程将共享该进程中的全部系统资源,如虚拟地址空间,文件描述符信号处理等等。但同一进程中的多个线程有各自的调用栈(call stack),自己的寄存器环境(register context),自己的线程本地存储(thread-local storage)。

一个进程可以有很多线程,每条线程并行执行不同的任务。

在多核或多CPU,或支持Hyper-threading的CPU上使用多线程程序设计的好处是显而易见,即提高了程序的执行吞吐率。在单CPU单核的计算机上,使用多线程技术,也可以把进程中负责IO处理、人机交互而常备阻塞的部分与密集计算的部分分开来执行,编写专门的workhorse线程执行密集计算,从而提高了程序的执行效率。

狀態[编辑]

執行緒有四種基本狀態,分別為:

  • 產生(spawn)
  • 中斷(block)
  • 非中斷(unblock)
  • 結束(finish)

不同平台的线程[编辑]

UNIX International线程[编辑]

UNIX International线程简介[编辑]

SUN Solaris操作系统使用的线程叫做UNIX International线程,支持内核线程、轻权进程和用户线程。一个进程可有大量用户线程;大量用户线程复用少量的轻权进程,轻权进程与内核线程一一对应。用户级线程在调用核心服务时(如文件读写),需要“捆绑(bound)”在一个lwp上。永久捆绑(一个LWP固定被一个用户级线程占用,该LWP移到LWP池之外)和临时捆绑(从LWP池中临时分配一个未被占用的LWP)。在调用系统服务时,如果所有LWP已被其他用户级线程所占用(捆绑),则该线程阻塞直到有可用的LWP。如果LWP执行系统线程时阻塞(如read()调用),则当前捆绑在LWP上的用户级线程也阻塞。

UNIX International线程的有关API[编辑]

UNIX International线程的头文件是<thread.h>[1]

创建用户级线程[编辑]
int thr_create(void * stack_base, size_t stack_size, void *(*start_routine,void *), void * arg, long flags, thread_t * new_thr);

其中flags包括:THR_BOUND(永久捆绑), THR_NEW_LWP(创建新LWP放入LWP池),若两者同时指定则创建两个新LWP,一个永久捆绑而另一个放入LWP池。

等待用户级线程[编辑]
int thr_join(thread_t wait_for, thread_t *dead, void **status);
挂起用户级线程[编辑]
int thr_suspend(thread_t thr);
继续用户级线程[编辑]
int thr_continue(thread_t thr);
退出用户级线程[编辑]
void thr_exit(void *status);
返回当前用户级线程的线程标识符[编辑]
thread_t thr_self( void );

POSIX线程[编辑]

POSIX线程简介[编辑]

POSIX线程(POSIX threads),简称Pthreads,是线程的POSIX标准。该标准定义了创建和操纵线程的一整套API。在类Unix操作系统(Unix、Linux、Mac OS X等)中,都使用Pthreads作为操作系统的线程[2][3][4]。Windows操作系统也有其移植版pthreads-win32[5]

POSIX线程的有关API[编辑]

Pthreads线程的头文件是<pthread.h>[6][7]

创建用户级线程[编辑]
int pthread_create(pthread_t * thread, const pthread_attr_t * attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
等待用户级线程[编辑]
int pthread_join(pthread_t thread, void ** retval);
退出用户级线程[编辑]
void pthread_exit(void *retval);
返回当前用户级线程的线程标识符[编辑]
pthread_t pthread_self(void);
用户级线程的取消[编辑]
int pthread_cancel(pthread_t thread);

Win32线程[编辑]

Win32线程简介[编辑]

Win32线程是Windows API的一部分,上下文包括:寄存器、核心栈、线程环境块和用户栈。

Win32线程的有关API[编辑]

Win32线程的头文件是<Windows.h>,仅适用于Windows操作系统。[8]

创建用户级线程[编辑]
HANDLE WINAPI CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, SIZE_T dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId);
结束本线程[编辑]
VOID WINAPI ExitThread(DWORD dwExitCode);
挂起指定的线程[编辑]
DWORD WINAPI SuspendThread( HANDLE hThread );
恢复指定线程运行[编辑]
DWORD WINAPI ResumeThread(HANDLE hThread);
等待线程运行完毕[编辑]
DWORD WINAPI WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);
返回当前线程的线程标识符[编辑]
DWORD WINAPI GetCurrentThreadId(void);
返回当前线程的线程句柄[编辑]
HANDLE WINAPI GetCurrentThread(void);

跨平台的线程[编辑]

C++11线程[编辑]

C++11线程简介[编辑]

2011年8月12日,国际标准化组织(ISO)发布了第三个C++标准,即ISO/IEC 14882:2011,简称ISO C++ 11标准。该标准第一次把线程的概念引入C++标准库。Windows平台运行的VS2012和Linux平台运行的g++4.7,都完美支持C++11线程。

C++11线程的有关函数[编辑]

C++ 11线程的头文件是<thread>[9]

创建线程[编辑]
std::thread::thread(Function&& f, Args&&... args);
等待线程结束[编辑]
std::thread::join();
脱离线程控制[编辑]
std::thread::detach();
交换线程[编辑]
std::thread::swap(thread& other);

C11线程[编辑]

C11线程简介[编辑]

2011年12月8日,国际标准化(ISO)发布了第三个C语言标准,即ISO 9899:2011,简称ISO C 11标准。该标准第一次把线程的概念引入C语言标准库。

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。

C11线程的有关函数[编辑]

C11线程的头文件是<threads.h>[10]

创建线程[编辑]
int thrd_create(thrd_t *thr, thrd_start_t func, void *arg);
结束本线程[编辑]
_Noreturn void thrd_exit( int res );
等待线程运行完毕[编辑]
int thrd_join(thrd_t thr, int *res);
返回当前线程的线程标识符[编辑]
thrd_t thrd_current();

Java线程[编辑]

  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。
  3. 最常见的情况,也是为了解决阻塞不能执行检查点的问题,用中断来结束线程,但中断只是请求,并不能完全保证线程被终止,需要执行线程协同处理。
  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。

参见[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Novell Doc: NDK: Libraries for C (LibC), Volume 2 - UI Thread Functions, NOVELL Worldwide
  2. ^ pthreads (7), UNIX man pages
  3. ^ pthreads (7), Linux manual page
  4. ^ pthread (3) Mac OS X Developer Tools Manual Page, Apple Developer
  5. ^ POSIX Threads (pthreads) for Win32, sourceware.org: Free software! Get your fresh hot free software!
  6. ^ PTHREAD_CREATE, Linux Man Pages
  7. ^ POSIX Threads Programming, High Performance Computing: High Performance Computing
  8. ^ Multiple Threads (Windows), MSDN-the microsoft developer network
  9. ^ std::thread, cppreference.com
  10. ^ Thread support library, cppreference.com