多线程

Posted 2020-10-27

背景：随着多核处理器的普及，使用多线程并发成为构建高性能应用程序的关键。

编写并发程序比编写并行程序更加困难。与顺序执行的程序相比，并发程序更容易出错。

在发展初期，计算机还没有操作系统，计算机至始至终执行一个程序，这个程序直接访问计算机的所有资源，不能很好的利用昂贵的计算机资源。操作系统的发展使得多个程序可以同时运行，每个程序运行在自己的进程里，互相分离，各自独立执行，由操作系统来分配资源。有一些促进因素推动了操作系统支持多程序同时执行：1.资源利用。程序有时候需要等待外部的操作，比如输入或输出，并且在等待的时候不可能进行有价值的工作，在等待的时候让其他程序运行会提高效率。2.公平。多个程序对系统资源有平等的优先权，使各个程序能通过时间片方式来共享计算机。
后来出现了线程的概念，一个进程里可以包含多个线程，多个线程共享一个进程内的资源，比如内存。每个线程都有自己的堆栈和变量，线程也为多处理器系统中并行的使用硬件提供了可能，同一程序内的多个线程可以在多cpu的情况下同时调度。

多线程的优点：伴随着多核处理器和多处理器操作系统的普及，单线程程序会浪费过多的资源。例如在双处理器系统中，一个单线程程序会放弃一半的空闲cpu资源。
使用多线程也可以帮助我们在单处理器系统中实现更佳的吞吐量，如果一个进程程序是单线程的，这个处理器在等待一个I/O操作完成的时候仍然是空闲的。在一个多线程程序中，当第一个线程等待I/O操作完成的时候，另一个线程也可以运行，使得应用程序在遇到I/O阻塞的时候仍然有进展。

进程内的多个线程共享相同的内存空间地址且并发的运行，所以一个线程可以修改其他线程正在使用的变量。这就是线程不安全，针对这个问题必须要经过合理的协调来避免。