企业网站开发到上线的视频,金坛建设局网站,常用的电子商务网站开发技术,大连企业网站#x1f4bb;文章目录 #x1f4c4;前言#x1f33a;linux线程基础线程的概念线程的优缺点线程与进程的区别 线程的创建 #x1f33b;linux线程冲突概念互斥锁函数介绍加锁的缺点 #x1f4d3;总结 #x1f4c4;前言 无论你是否为程序员#xff0c;相信多线程这个词汇应… 文章目录 前言linux线程基础线程的概念线程的优缺点线程与进程的区别 线程的创建 linux线程冲突概念互斥锁函数介绍加锁的缺点 总结 前言 无论你是否为程序员相信多线程这个词汇应该都有所耳闻像是在某个优化很差的游戏中听闻这游戏甚至是单线程的如果你对多线程感兴趣不妨点进本文来学习多线程编程即使没有深厚的C/C编程基础你也能到本文学习到如何编写多线程程序。 linux线程基础
线程的概念
线程指的是系统中的执行路径每个线程都线程系统中的一切进程都至少有一个线程它们共享同一个进程.
其实在linux中实际并没有真正的线程线程通常被称为轻量级进程LWP这是因为在linux的实现中线程和进程并没有什么本质的区别只是线程被设计得更加轻量以便更高效实现并发执行。
线程pcbtask_struc - --------------------------- | | 内核映射区域 || | | --------------------------- | | 栈 || -------------------task_struc | | |-------- | | 共享库 || | | | |-------- | -------------------| | 堆 |task_struc | 指向同一地址空间 --------------------------- |------------------- | 数据段 || | | --------------------------- | | 未初始化数据区 || -------------------task_struc | | 已初始化数据区 |-------- | -------------------| | | | 代码段 |-------- - -------------------线程的优缺点
优点
共享资源在同一线程的线程共享着大部分内存空间如代码段、数据段、文件描述符、堆、共享内存区等。这使得线程间通信非常地高效无需IPC机制开销。独立调度虽然线程中大部分地址空间都与主线程共享但线程也有自己的一部分数据如栈与寄存器状态这使得他们可以独立于其他线程运行。响应性在多线程程序中一个进程的阻塞不会影响到其他进程。资源利用率多线程可以提高在多核处理器上运行的效率实现并行执行。
缺点
编程困难因为多线程需要考虑到临界区、互斥、同步等问题所以对程序员的代码能力要求较高。同步复杂性多线程的资源共享需要谨慎处理否则会出现数据二义性问题。调试困难: 多线程调试一直都是令人头疼的问题因为bug可能会难以复现并且不是所有调试工具都支持多线程调试。健壮性如果任意一个线程触发了异常则整个程序都会终止。
线程与进程的区别
定义进程是资源分配的最小单位线程则是cpu调度执行的最小单位。资源共享进程之间资源独立同一进程内的线程共享进程资源。创建开销线程的创建和切换开销都小于进程因为线程之间资源共享。
线程的创建
函数接口介绍头文件pthread.h
创建线程
// 创建线程
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);// pthread_t 是 POSIX 线程Pthreads库中定义的一个数据类型用于唯一标识一个线程参数 thread: 线程attr: 指定线程属性的指针可设为NULLstart_routine:线程开始执行的函数arg: start_routine 函数的参数
回收线程
// 等待线程结束并回收线程的资源防止类似“僵尸进程”的情况
int pthread_join(pthread_t thread, void** retval);参数 thread用于回收的线程id;retval用于存储线程的返回值。
退出线程
// 用于终止当前的线程因为exit会终止整个进程所以有了这个函数
void pthread_exit(void* retval);参数 retval退出线程时返回的值
分离线程
// 如果觉得join操作是一种负担的时候可以使用pthread_detach
// 用于分离线程当线程结束时自动回收线程资源。
int pthread_detach(pthread_t thread);参数 thread:分离的线程id 介绍完了函数接口就到实践的时间啦。 使用函数
#include pthread.h
#include iostreamvoid *thread_func(void *arg)
{// 获取当前线程的tidstd::cout Thread (char *)arg id: gettid() started std::endl;int cnt 10;while (cnt 0){std::cout Thread (char *)arg id: gettid() is running, cnt cnt std::endl;cnt--;sleep(1);}// 子线程退出pthread_exit(nullptr); // 可有可无
}void *func_test(void* args)
{printf(I LOVE LINUX\n);pthread_detach(pthread_self()); // 使用pthread_self()可以使子线程自己分离。return nullptr;
}int main()
{pthread_t thread, thread2;pthread_create(thread, nullptr, thread_func, (void *)-1);pthread_create(thread2, nullptr, func_test, nullptr);// 主线程等待子线程结束pthread_join(thread, NULL); // 回收线程return 0;
}linux线程冲突
概念
多线程的高效率也是存在着代价的当多个线程同时访问一份资源时就会发生线程冲突(数据二义性)我们一般将这些多个线程都要访问的资源称为临界区。
要探讨数据二义性问题就得从汇编代码开始讲解
; 例如一个简单的操作看似只做了一个操作但在汇编中却并不是这样。MOV EAX, [x] ; 将x的值加载到EAX寄存器
INC EAX ; 将EAX寄存器的值增加1
MOV [x], EAX ; 将修改后的值存回内存位置x; 多个线程同时访问这个资源x当线程1在将x放入寄存器EAX时线程2可能就已经将x并改变了内存的数值
; 线程1将寄存器的值后又放回了x的内存。建议使用vs2022 进行反汇编调试来观看现象。线程冲突演示
#include pthread.h
#include iostreamint x 0;void *func(void *args)
{for (int i 0; i 100000000; i) //数值越大冲突概率越大x;pthread_exit(nullptr);
}int main()
{// 线程冲突演示pthread_t pid1, pid2;pthread_create(pid1, nullptr, func, nullptr);pthread_create(pid2, nullptr, func, nullptr);pthread_join(pid1, nullptr); //回收线程pthread_join(pid2, nullptr);cout x x endl;return 0;
}
// 结果
// x 154698688解决方案 为了解决这种情况就得当线程访问临界区资源时限制为一个线程访问也就是说需要给线程加锁。 互斥锁函数介绍
创建锁
// 初始化锁 pthread_mutex_t 用于声明互斥量mutex对象。// 静态加锁 (全局变量或静态进行初始化)
pthread_mutex_t mutex PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;// 动态初始化
pthread_mutex_t mutex;
pthread_mutex_init(mutex, NULL);线程加锁
// 给线程加锁
int pthread_mutex_lock(pthread_mutex_t *mutex);参数 mutex指向互斥锁对象
互斥锁解锁
int pthread_mutex_unlock(pthread_mutex_t *mutex);参数 mutex指向需要解锁的互斥锁对象的指针。 注意加锁操作本身时原子性的所以不用担心锁的二义性。 互斥锁的使用
int x 0;
// 初始化锁对象
pthread_mutex_t mutex PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *func(void *args)
{for (int i 0; i 100000000; i){pthread_mutex_lock(mutex); //加锁x;pthread_mutex_unlock(mutex); //解锁}pthread_exit(nullptr);
}int main()
{// 线程冲突演示pthread_t pid1, pid2;pthread_create(pid1, nullptr, func, nullptr);pthread_create(pid2, nullptr, func, nullptr);pthread_join(pid1, nullptr);pthread_join(pid2, nullptr);cout x x endl;return 0;
}加锁的缺点
如果我们尝试运行程序会发现加锁后的运行速度明显慢了不少。锁的使用会增加性能的开销而且线程可能会变成串行执行为了避免多余的性能开销每次使用锁都应该避免将非临界区的资源加锁。
在一些特殊的情况下可能会
死锁演示
pthread_mutex_t mtx PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;void *func(void *args)
{int* cnt (int*)args;if(*cnt 0) return nullptr;pthread_mutex_lock(mtx); // 第二次递归时等待着线程解锁std::cout func() std::endl; --(*cnt);func(args); // 递归进入下一层但锁还没解锁。pthread_mutex_unlock(mtx); // 程序永远走不到这里。return nullptr;
}int main()
{// 线程冲突演示pthread_t pid;int* cnt new int(10);pthread_create(pid, nullptr, func, (void*)cnt);pthread_join(pid, nullptr);return 0;
}总结
多线程编程优点缺点资源共享线程间共享进程资源如代码段、数据段、文件描述符等使得线程间通信非常高效无需通过IPC机制开销。多线程的资源共享需要通过同步机制如互斥锁来管理否则可能导致数据不一致或竞争条件的问题。独立调度线程可以独立于其他线程运行拥有自己的执行路径。这增加了应用程序的响应性和处理效率。线程调度引入了上下文切换的开销尤其是在高度竞争的环境中可能降低整体性能。效率提升在多核处理器上多线程能够利用额外的核心执行更多的任务提高了程序的执行效率和资源利用率。编写高效的多线程程序需要深入理解并发、同步等概念增加了开发的复杂度。
多线程编程是一把双刃剑使用多线程能够显著提升程序的性能但它也为程序带来了许多潜在的风险在处理器核心数越来越多的当今学习多线程也变得越发重要希望本文对你的学习有所帮助。 博客主页主页 我的专栏C 我的githubgithub
