java学习：什么是线程？最详细的解释

什么是线程：有时也被成为轻量级进程，是程序执行流的最小单元。

一个标准的线程是由线程ID，当前指令指针（PC）、寄存器集合和堆栈组成。

一个进程是由一个到多个线程组成，各个线程之间共享程序的内存空间（包括代码段，数据段的堆等）及一些进程级的资源（如打开文件和信号）

多个线程可以互不干扰的并发执行，并共享进程的全局变量和堆的数据；

线程的访问权限

线程的访问权限非常*，可以访问进程内存里的所有数据；

线程调度与优先级

单处理器对应多线程：操作系统让这些多线程轮流执行，每次仅执行一小段时间（通常是几十秒），这样每个线程“看起来”就像是在同时执行；这样的一个处理器上不断切换线程的操作成为“线程调度”

线程调度中的三种状态：

（1）：运行，此时线程正在运行

（2）：就绪，此时线程可以立即运行，但CPU已被占用

（3）：等待，此时线程正在等待某一事件发生，无法执行

每当一个程序离开运行状态，调度系统就会选择一个就绪的线程运行；一个在等待状态的线程事件发生以后进入就绪状态。

在优先级调度的情况下，线程优先级的改变一般有三种方式：

用户指定优先级；

根据进入等待状态的频繁程度提升或降低优先级；

长时间得不到执行而被提升优先级；

Linux的多线程

在Linux下，可以用以下三个方法创建一个新的任务：

（1）fork：复制当前进程

（2）exec：使用新的可执行映像覆盖当前可执行映像

（3）clone：创建子进程，并从指定位置开始执行；

fork：

pid_t pid;

if(pid==fork()){…}

在fork调用以后，新的任务启动并和本任务一起从fork函数返回，但不同的是本任务的fork将返回新任务的pid,而新任务的fork将返回0；

fork产生新任务的速度非常快，因为fork不复制原任务的内存空间，而是和原任务一起共享一个写时拷贝的内存空间；

所谓写时拷贝：指的是两个任务可以同时*地读取内存，但任意一个任务试图对内存进行修改时，内存就会复制一份提供给修改方单独使用，以免影响到其他的任务使用；

fork只能够产生本任务的镜像，因此必须使用exec配合才能启动别的新任务，exec可以用新的可执行映像替代当前的可执行映像，因此在fork产生了一个新任务之后，新任务可以调用exec来执行新的可执行文件；

头文件都定义在pthread.h中

创建一个线程：#include<pthread.h>

int pthread_create (pthread_t *thread,const pthread_attr_t* attr,void*(*start_routine)(void*),void*arg)

thread参数是新线程的标识符，后续的pthread_*函数通过它来引用新线程；

attr参数用于设置新线程的属性，给它传递NULL表示使用默认线程属性；

Start_routine 和arg参数分别制定新线程将运行的函数及参数；

pthread_create成功时返回0，失败时返回错误码；

结束一个线程：void pthread_exit(void *retval)

函数通过retval参数向线程的回收者传递其退出信息；

线程安全：

多线程程序处于一个多变的环境当中，可访问的全局变量和堆数据都可能随时被其他的线程改变；

手段：同步与锁

原子的：单指令操作称为原子的，无论如何，单条指令的执行是不会被打断的；

为了避免多个线程同时读写一个数据而产生不可预料的后果，我们要将各个线程对同一个数据的访问同步（所谓同步，就是在一个线程访问数据未结束时，其他线程不得对同一个数据进行访问），因此，对数据的访问被原子化；

同步的常见方法：（信号量、互斥量、临界区，读写锁、条件变量）

锁：每一个线程在访问数据或资源时首先试图获取锁，并在访问结束后释放锁；

信号量：线程访问资源的时候首先获取信号量；

操作如下：

（1）将信号量的值减1；

（2）如果信号量的值小于0，则进入等待状态；否则继续执行；

访问完资源之后，线程释放信号量；

（3）将信号量的值加1；

（4）如果信号量的值小于1，唤醒一个等待中的线程；

互斥量&&信号量

同：资源仅同时允许一个线程访问；

异：信号量在整个系统中，可以被任意线程获取并释放，也就是说，同一个信号量可以被系统中的一个线程获取后，另一个线程释放；

而互斥量要求哪个线程获取了互斥量，哪个线程就要负责释放这个锁，其他线程越俎代庖去释放互斥量是无效的；

临界区：是比互斥量更加严格的同步手段

把临界区的锁的获取称为进入临界区；

而把锁的释放称为离开临界区。

区别（与信号量和互斥量）

互斥量和信号量在系统的任何进程里都是可见的；

也就是说一个进程创建了一个互斥量或信号量，另一个进程试图去获取该锁是合法的；

临界区的作用范围仅限于本进程，其他的进程无法获取该锁

读写锁：

两种方式：共享的 独占的

当锁出于*状态时，试图以任何一种方式获取锁都能成功，并将锁置于对应的状态；（如上图）

条件变量：作为同步的一种手段，作用类似于一个栅栏；

对于条件变量，线程有两种操作：

（1）首先线程可以等待条件变量，一个条件变量可以被多个线程等待；

（2）线程可以唤醒条件变量，此时某个或所有等待此条件变量的线程都会被唤醒并继续支持；

（也就是说，使用条件变量可以让许多现车鞥一起等待某个事件的发生，当事件发生时，所有线程可以一起恢复执行）。

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