目錄

一 什么是線程

在傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中，每個進(jìn)程有一個地址空間，而且默認(rèn)就有一個控制線程

線程顧名思義，就是一條流水線工作的過程，一條流水線必須屬于一個車間，一個車間的工作過程是一個進(jìn)程

車間負(fù)責(zé)把資源整合到一起，是一個資源單位，而一個車間內(nèi)至少有一個流水線

流水線的工作需要電源，電源就相當(dāng)于cpu

所以，進(jìn)程只是用來把資源集中到一起(進(jìn)程只是一個資源單位，或者說資源集合)，而線程才是cpu上的執(zhí)行單位。

多線程(即多個控制線程)的概念是，在一個進(jìn)程中存在多個控制線程，多個控制線程共享該進(jìn)程的地址空間，相當(dāng)于一個車間內(nèi)有多條流水線，都共用一個車間的資源。

二 線程的創(chuàng)建開銷小

創(chuàng)建進(jìn)程的開銷要遠(yuǎn)大于線程？

如果我們的軟件是一個工廠，該工廠有多條流水線，流水線工作需要電源，電源只有一個即cpu(單核cpu)

一個車間就是一個進(jìn)程，一個車間至少一條流水線(一個進(jìn)程至少一個線程)

創(chuàng)建一個進(jìn)程，就是創(chuàng)建一個車間(申請空間，在該空間內(nèi)建至少一條流水線)

而建線程，就只是在一個車間內(nèi)造一條流水線，無需申請空間，所以創(chuàng)建開銷小

進(jìn)程之間是競爭關(guān)系，線程之間是協(xié)作關(guān)系？

車間直接是競爭/搶電源的關(guān)系，競爭(不同的進(jìn)程直接是競爭關(guān)系，是不同的程序員寫的程序運行的，迅雷搶占其他進(jìn)程的網(wǎng)速，360把其他進(jìn)程當(dāng)做病毒干死)

一個車間的不同流水線式協(xié)同工作的關(guān)系

三 線程與進(jìn)程的區(qū)別

1、線程共享創(chuàng)建該線程的進(jìn)程的內(nèi)存空間；進(jìn)程有自己的內(nèi)存空間。

2、線程可以直接訪問其進(jìn)程的數(shù)據(jù)段；進(jìn)程有自己的父進(jìn)程的數(shù)據(jù)段副本。

3、線程可以直接與其進(jìn)程的其他線程通信；進(jìn)程必須使用進(jìn)程間通信來與兄弟進(jìn)程通信。

4、新線程容易創(chuàng)建；新進(jìn)程需要復(fù)制父進(jìn)程。

5、線程可以對同一進(jìn)程的線程執(zhí)行相當(dāng)大的控制；進(jìn)程只能對子進(jìn)程執(zhí)行控制。

6、主線程的更改(取消、優(yōu)先級更改等)可能影響進(jìn)程的其他線程的行為；父進(jìn)程的更改不影響子進(jìn)程。

四 為何要用多線程

多線程指的是，在一個進(jìn)程中開啟多個線程，簡單的講：如果多個任務(wù)共用一塊地址空間，那么必須在一個進(jìn)程內(nèi)開啟多個線程。詳細(xì)的講分為4點：

多線程共享一個進(jìn)程的地址空間

線程比進(jìn)程更輕量級，線程比進(jìn)程更容易創(chuàng)建可撤銷，在許多操作系統(tǒng)中，創(chuàng)建一個線程比創(chuàng)建一個進(jìn)程要快10-100倍，在有大量線程需要動態(tài)和快速修改時，這一特性很有用

若多個線程都是cpu密集型的，那么并不能獲得性能上的增強(qiáng)，但是如果存在大量的計算和大量的I/O處理，擁有多個線程允許這些活動彼此重疊運行，從而會加快程序執(zhí)行的速度。

在多cpu系統(tǒng)中，為了最大限度的利用多核，可以開啟多個線程，比開進(jìn)程開銷要小的多。(這一條并不適用于python)

五 經(jīng)典的線程模型

多個線程共享同一個進(jìn)程的地址空間中的資源，是對一臺計算機(jī)上多個進(jìn)程的模擬，有時也稱線程為輕量級的進(jìn)程

而對一臺計算機(jī)上多個進(jìn)程，則共享物理內(nèi)存、磁盤、打印機(jī)等其他物理資源。

多線程的運行也多進(jìn)程的運行類似，是cpu在多個線程之間的快速切換。

不同的進(jìn)程之間是充滿敵意的，彼此是搶占、競爭cpu的關(guān)系，如果迅雷會和QQ搶資源。而同一個進(jìn)程是由一個程序員的程序創(chuàng)建，所以同一進(jìn)程內(nèi)的線程是合作關(guān)系，一個線程可以訪問另外一個線程的內(nèi)存地址，大家都是共享的，一個線程干死了另外一個線程的內(nèi)存，那純屬程序員腦子有問題。

類似于進(jìn)程，每個線程也有自己的堆棧

不同于進(jìn)程，線程庫無法利用時鐘中斷強(qiáng)制線程讓出CPU，可以調(diào)用thread_yield運行線程自動放棄cpu，讓另外一個線程運行。

線程通常是有益的，但是帶來了不小程序設(shè)計難度，線程的問題是：

父進(jìn)程有多個線程，那么開啟的子線程是否需要同樣多的線程

如果是，那么附近中某個線程被阻塞，那么copy到子進(jìn)程后，copy版的線程也要被阻塞嗎，想一想nginx的多線程模式接收用戶連接。

在同一個進(jìn)程中，如果一個線程關(guān)閉了問題，而另外一個線程正準(zhǔn)備往該文件內(nèi)寫內(nèi)容呢？

如果一個線程注意到?jīng)]有內(nèi)存了，并開始分配更多的內(nèi)存，在工作一半時，發(fā)生線程切換，新的線程也發(fā)現(xiàn)內(nèi)存不夠用了，又開始分配更多的內(nèi)存，這樣內(nèi)存就被分配了多次，這些問題都是多線程編程的典型問題，需要仔細(xì)思考和設(shè)計。

六 POSIX線程

為了實現(xiàn)可移植的線程程序,IEEE在IEEE標(biāo)準(zhǔn)1003.1c中定義了線程標(biāo)準(zhǔn)，它定義的線程包叫Pthread。大部分UNIX系統(tǒng)都支持該標(biāo)準(zhǔn)，簡單介紹如下


七 在用戶空間實現(xiàn)的線程

線程的實現(xiàn)可以分為兩類：用戶級線程(User-Level Thread)和內(nèi)核線線程(Kernel-Level Thread)，后者又稱為內(nèi)核支持的線程或輕量級進(jìn)程。在多線程操作系統(tǒng)中，各個系統(tǒng)的實現(xiàn)方式并不相同，在有的系統(tǒng)中實現(xiàn)了用戶級線程，有的系統(tǒng)中實現(xiàn)了內(nèi)核級線程。

用戶級線程內(nèi)核的切換由用戶態(tài)程序自己控制內(nèi)核切換,不需要內(nèi)核干涉，少了進(jìn)出內(nèi)核態(tài)的消耗，但不能很好的利用多核Cpu,目前Linux pthread大體是這么做的。

在用戶空間模擬操作系統(tǒng)對進(jìn)程的調(diào)度，來調(diào)用一個進(jìn)程中的線程，每個進(jìn)程中都會有一個運行時系統(tǒng)，用來調(diào)度線程。此時當(dāng)該進(jìn)程獲取cpu時，進(jìn)程內(nèi)再調(diào)度出一個線程去執(zhí)行，同一時刻只有一個線程執(zhí)行。

八 在內(nèi)核空間實現(xiàn)的線程

內(nèi)核級線程:切換由內(nèi)核控制，當(dāng)線程進(jìn)行切換的時候，由用戶態(tài)轉(zhuǎn)化為內(nèi)核態(tài)。切換完畢要從內(nèi)核態(tài)返回用戶態(tài)；可以很好的利用smp，即利用多核cpu。windows線程就是這樣的。


九 用戶級與內(nèi)核級線程的對比

一： 以下是用戶級線程和內(nèi)核級線程的區(qū)別

內(nèi)核支持線程是OS內(nèi)核可感知的，而用戶級線程是OS內(nèi)核不可感知的。

用戶級線程的創(chuàng)建、撤消和調(diào)度不需要OS內(nèi)核的支持，是在語言(如Java)這一級處理的；而內(nèi)核支持線程的創(chuàng)建、撤消和調(diào)度都需OS內(nèi)核提供支持，而且與進(jìn)程的創(chuàng)建、撤消和調(diào)度大體是相同的。

用戶級線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令時將導(dǎo)致其所屬進(jìn)程被中斷，而內(nèi)核支持線程執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)用指令時，只導(dǎo)致該線程被中斷。

在只有用戶級線程的系統(tǒng)內(nèi)，CPU調(diào)度還是以進(jìn)程為單位，處于運行狀態(tài)的進(jìn)程中的多個線程，由用戶程序控制線程的輪換運行；在有內(nèi)核支持線程的系統(tǒng)內(nèi)，CPU調(diào)度則以線程為單位，由OS的線程調(diào)度程序負(fù)責(zé)線程的調(diào)度。

用戶級線程的程序?qū)嶓w是運行在用戶態(tài)下的程序，而內(nèi)核支持線程的程序?qū)嶓w則是可以運行在任何狀態(tài)下的程序。

二： 內(nèi)核線程的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

當(dāng)有多個處理機(jī)時，一個進(jìn)程的多個線程可以同時執(zhí)行。

缺點：

由內(nèi)核進(jìn)行調(diào)度。

三： 用戶進(jìn)程的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

線程的調(diào)度不需要內(nèi)核直接參與，控制簡單。

可以在不支持線程的操作系統(tǒng)中實現(xiàn)。

創(chuàng)建和銷毀線程、線程切換代價等線程管理的代價比內(nèi)核線程少得多。

允許每個進(jìn)程定制自己的調(diào)度算法，線程管理比較靈活。

線程能夠利用的表空間和堆棧空間比內(nèi)核級線程多。

同一進(jìn)程中只能同時有一個線程在運行，如果有一個線程使用了系統(tǒng)調(diào)用而阻塞，那么整個進(jìn)程都會被掛起。另外，頁面失效也會產(chǎn)生同樣的問題。

缺點：

資源調(diào)度按照進(jìn)程進(jìn)行，多個處理機(jī)下，同一個進(jìn)程中的線程只能在同一個處理機(jī)下分時復(fù)用

十 混合實現(xiàn)

用戶級與內(nèi)核級的多路復(fù)用，內(nèi)核同一調(diào)度內(nèi)核線程，每個內(nèi)核線程對應(yīng)n個用戶線程


總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的python模拟并发是多线程_Python并发编程之多线程的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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