并发编程之多线程理论

1、什么是线程　

　　在传统操做系统中，每一个进程有一个地址空间，并且默认就有一个控制线程

　　线程顾名思义，就是一条流水线工做的过程（流水线的工做须要电源，电源就至关于cpu），而一条流水线必须属于一个车间，一个车间的工做过程是一个进程，车间负责把资源整合到一块儿，是一个资源单位，而一个车间内至少有一条流水线。

　　因此，进程只是用来把资源集中到一块儿（进程只是一个资源单位，或者说资源集合），而线程才是cpu上的执行单位。

　　多线程（即多个控制线程）的概念是，在一个进程中存在多个线程，多个线程共享该进程的地址空间，至关于一个车间内有多条流水线，都共用一个车间的资源。例如，北京地铁与上海地铁是不一样的进程，而北京地铁里的13号线是一个线程，北京地铁全部的线路共享北京地铁全部的资源，好比全部的乘客能够被全部线路拉。

2、线程的建立开销小

一、建立进程的开销要远大于线程？

　　若是咱们的软件是一个工厂，该工厂有多条流水线，流水线工做须要电源，电源只有一个即cpu（单核cpu）。一个车间就是一个进程，一个车间至少一条流水线（一个进程至少一个线程）；建立一个进程，就是建立一个车间（申请空间，在该空间内建至少一条流水线），而建线程，就只是在一个车间内造一条流水线，无需申请空间，因此建立开销小。

二、进程之间是竞争关系，线程之间是协做关系？

　　车间直接是竞争/抢电源的关系，竞争（不一样的进程直接是竞争关系，是不一样的程序员写的程序运行的，迅雷抢占其余进程的网速，360把其余进程当作病毒干死）
　　一个车间的不一样流水线式协同工做的关系（同一个进程的线程之间是合做关系，是同一个程序写的程序内开启动，迅雷内的线程是合做关系，不会本身干本身）

3、线程与进程的区别

　　一、每启动一个进程，进程内都至少有一个线程。

　　二、进程自己只是一个资源单位，并不能真正执行，进程内开的线程才是真正的运行单位。

　　三、一个进程内能够启动多个线程，同一进程内线程间共享资源。

　　四、启线程的开销远远小于开进程。

　　五、线程能够至关程度控制相同进程下的线程，进程只能控制其子进程。

　　六、对主线程的更改（取消、优先级更改等）可能会进程的其余线程的行为；对父进程的修改则不会影响子进程。

4、为什么要用多线程

　　多线程指的是，在一个进程中开启多个线程，简单的讲：若是多个任务共用一块地址空间，那么必须在一个进程内开启多个线程。详细的讲分为4点：

　　1. 同一个进程内的多个线程共享该进程内的地址资源

      2. 线程比进程更轻量级，线程比进程更容易建立可撤销，在许多操做系统中，建立一个线程比建立一个进程要快10-100倍，在有大量线程须要动态和快速修改时，这一特性颇有用

      3. 若多个线程都是cpu密集型的，那么并不能得到性能上的加强，可是若是存在大量的计算和大量的I/O处理，拥有多个线程容许这些活动彼此重叠运行，从而会加快程序执行的速度。

      4. 在多cpu系统中，为了最大限度的利用多核，能够开启多个线程，比开进程开销要小的多。（这一条并不适用于python）

5、多线程应用举例

　　开启一个字处理软件进程，该进程确定须要办不止一件事情，好比监听键盘输入，处理文字，定时自动将文字保存到硬盘，这三个任务操做的都是同一块数据，于是不能用多进程。只能在一个进程里并发地开启三个线程,若是是单线程，那就只能是，键盘输入时，不能处理文字和自动保存，自动保存时又不能输入和处理文字。

 

6、用户级与内核级线程的对比 

一、如下是用户级线程和内核级线程的区别

1. 内核支持线程是OS内核可感知的，而用户级线程是OS内核不可感知的。
2. 用户级线程的建立、撤消和调度不须要OS内核的支持，是在语言（如Java）这一级处理的；而内核支持线程的建立、撤消和调度都需OS内核提供支持，并且与进程的建立、撤消和调度大致是相同的。
3. 用户级线程执行系统调用指令时将致使其所属进程被中断，而内核支持线程执行系统调用指令时，只致使该线程被中断。
4. 在只有用户级线程的系统内，CPU调度仍是以进程为单位，处于运行状态的进程中的多个线程，由用户程序控制线程的轮换运行；在有内核支持线程的系统内，CPU调度则以线程为单位，由OS的线程调度程序负责线程的调度。
5. 用户级线程的程序实体是运行在用户态下的程序，而内核支持线程的程序实体则是能够运行在任何状态下的程序。

二、内核线程的优缺点

　　优势：

1. 当有多个处理机时，一个进程的多个线程能够同时执行。

　　缺点：

1. 由内核进行调度。

三、用户进程的优缺点

　　优势：

1. 线程的调度不须要内核直接参与，控制简单。
2. 能够在不支持线程的操做系统中实现。
3. 建立和销毁线程、线程切换代价等线程管理的代价比内核线程少得多。
4. 容许每一个进程定制本身的调度算法，线程管理比较灵活。
5. 线程可以利用的表空间和堆栈空间比内核级线程多。
6. 同一进程中只能同时有一个线程在运行，若是有一个线程使用了系统调用而阻塞，那么整个进程都会被挂起。另外，页面失效也会产生一样的问题。

　　缺点：

1. 资源调度按照进程进行，多个处理机下，同一个进程中的线程只能在同一个处理机下分时复用