Loading... ## 多线程 一般而言，一个程序只有一个执行点（一个程序计数器，用于存放要执行的指令），但多线程程序有多个执行点。换一个角度来说，每个线程都类似于一个独立的进程，只有一点区别：它们共享地址空间，可以访问相同的数据。 线程之间的切换类似于进程间的上下文切换。与进程间上下文切换相比的主要区别是：地址空间保持不变，即不需要切换当前使用的页表。 ![单线程和多线程的地址空间对比][1] 在多线程的进程中，每个线程独立运行，因此每个线程都有自己独立的栈。 可以发现在单线程的进程中，堆和栈可以互不影响的增长，直到空间耗尽，多个栈就不可以做到了。幸运的是，栈一般不会很大。 ## 锁-线程的竞争规范 由于多线程的加入，以及程序员对线程的调度基本是不可控的，我们不知道且无法对线程的调度时机做出具体限制，因此当多个线程进行竞争时，就会带来新的问题。 案例：变量x值为0，线程A对变量x循环自增1，循环10000次；线程B也对变量x自增循环10000次。 按照常理，结束后，变量x的值应当是20000。但实际上变量x的值却是小于20000，且不固定。 但考虑以下情形（事实上也是这么发生的）：当我们说线程A给x自增1，这个过程并不是原子性的，它其实包含了几个步骤，首先从内存中获得x的值，将其放入寄存器中，然后给寄存器中的值加1，最后将这个寄存器的值存到x的内存地址。如果在这个过程中，发生线程之间的切换，即从线程A切换到B，由上文可知，这是由系统控制的，我们无法控制这一行为。那么此时线程B同样会从内存取得x的值，然后给它加1，再放回内存中，反复几个循环后。然后线程再次切换，从线程B切换到线程A，此时线程A将寄存器的值写入内存。此时大事不妙了，变量x不仅没有增加反而还比刚刚线程切换前更小了。 ![线程切换带来的错误-案例][2] 由此，可以看出并发编程中的一个最基本问题：我们希望原子性地执行一系列指令，使得多线程的切换不会导致指令中断，从而导致一系列错误的发生。 虽然我们无法控制具体的线程调度，但是我们可以有限度的控制线程的一些行为，从而让程序员获得一些对线程调度的间接控制权。利用锁，我们可以让没有获得锁的线程从运行态转为就绪态（yield），直到锁被释放了才会有重新唤醒的可能（可能需要排队或者竞争）。同时保证同一时刻，仅有一个线程能获得锁。这样，锁使得原本完全由操作系统调度的混乱状态变得稍稍可控了。 我们可以使用简单代码编写一个锁（又称硬件锁），但是这种锁会使得无法获得锁的线程处于不断自旋的状态，这比较浪费CPU时间。 更为常用的以及高效的是，使用操作系统系统调用支持的锁，这样的锁通过系统调用，实现线程从运行态转为就绪态，锁被释放后的重新唤醒线程等操作。 Linux上采用一种古老的锁方案，称为两阶段锁，两阶段锁意识到自旋锁并不是一无是处，当锁很快就会被释放的场景中，自旋锁的效率很高，所以两阶段锁在第一阶段会自旋一段时间（更常见的方式是自旋固定的次数），希望可以获得锁，但是若第一阶段没有获得锁后，会进入第二阶段，此时线程会进入休眠（就绪态），直到锁可用才会有唤醒的可能。 ## 条件变量-线程的合作规范 多个线程之间的竞争关系是我们需要锁来规范线程的竞争。但线程之间的关系不仅有竞争，还有合作！ 有些时候，父线程需要检查子线程是否执行完毕，当子线程执行完毕才会执行父线程。 [1]: https://assets.fangshirui.cn/typecho/uploads/2024/09/1268122085.png [2]: https://assets.fangshirui.cn/typecho/uploads/2024/09/199665188.png 最后修改：2024 年 09 月 04 日 04 : 01 PM © 允许规范转载
