為什么使用多線程?

• 耗時的操作使用線程，提高應用程序響應
• 并行操作時使用線程，如C/S架構的服務器端并發線程響應用戶的請求。
• 多CPU系統中，使用線程提高CPU利用率
• 改善程序結構。一個既長又復雜的進程可以考慮分為多個線程，成為幾個獨立或半獨
  立的運行部分，這樣的程序會利于理解和修改。

使用多線程的理由之一是和進程相比，它是一種非常花銷小，切換快，更"節儉"的多任務操作方式。在Linux系統下，啟動一個新的進程必須分配給它獨立的地址空間，建立眾多的數據表來維護它的代碼段、堆棧段和數據段，這是一種"昂貴"的多任務工作方式。而運行于一個進程中的多個線程，它們彼此之間使用相同的地址空間，共享大部分數據，啟動一個線程所花費的空間遠遠小于啟動一個進程所花費的空間，而且，線程間彼此切換所需的時間也遠遠小于進程間切換所需要的時間。

使用多線程的理由之二是線程間方便的通信機制。對不同進程來說，它們具有獨立的數據空間，要進行數據的傳遞只能通過通信的方式進行，這種方式不僅費時，而且很不方便。線程則不然，由于同一進程下的線程之間共享數據空間，所以一個線程的數據可以直接為其它線程所用，這不僅快捷，而且方便。當然，數據的共享也帶來其他一些問題，有的變量不能同時被兩個線程所修改，有的子程序中聲明為static的數據更有可能給多線程程序帶來災難性的打擊，這些正是編寫多線程程序時最需要注意的地方。

除了以上所說的優點外，不和進程比較，多線程程序作為一種多任務、并發的工作方式，當然有以下的優點：

提高應用程序響應。這對圖形界面的程序尤其有意義，當一個操作耗時很長時，整個系統都會等待這個操作，此時程序不會響應鍵盤、鼠標、菜單的操作，而使用多線程技術，將耗時長的操作（time consuming）置于一個新的線程，可以避免這種尷尬的情況。

使多CPU系統更加有效。操作系統會保證當線程數不大于CPU數目時，不同的線程運行于不同的CPU上。

改善程序結構。一個既長又復雜的進程可以考慮分為多個線程，成為幾個獨立或半獨立的運行部分，這樣的程序會利于理解和修改。

當前流行的Windows操作系統，它能同時運行幾個程序(獨立運行的程序又稱之為進程)，對于同一個程序，它又可以分成若干個獨立的執行流，我們稱之為線程，線程提供了多任務處理的能力。用進程和線程的觀點來研究軟件是當今普遍采用的方法，進程和線程的概念的出現，對提高軟件的并行性有著重要的意義。現在的應用軟件無一不是多線程多任務處理，單線城的軟件是不可想象的。因此掌握多線程多任務設計方法對每個程序員都是必需要掌握的。本文針對多線程技術在應用中經常遇到的問題，如線程間的通信、同步等，對它們分別進行探討。

理解線程

要講解線程，不得不說一下進程，進程是應用程序的執行實例，每個進程是由私有的虛擬地址空間、代碼、數據和其它系統資源組成。進程在運行時創建的資源隨著進程的終止而死亡。線程的基本思想很簡單，它是一個獨立的執行流，是進程內部的一個獨立的執行單元，相當于一個子程序，它對應Visual C++中的CwinThread類的對象。單獨一個執行程序運行時，缺省的運行包含的一個主線程，主線程以函數地址的形式，如main或WinMain函數，提供程序的啟動點，當主線程終止時，進程也隨之終止，但根據需要，應用程序又可以分解成許多獨立執行的線程，每個線程并行的運行在同一進程中。

一個進程中的所有線程都在該進程的虛擬地址空間中，使用該進程的全局變量和系統資源。操作系統給每個線程分配不同的CPU時間片，在某一個時刻，CPU只執行一個時間片內的線程，多個時間片中的相應線程在CPU內輪流執行，由于每個時間片時間很短，所以對用戶來說，仿佛各個線程在計算機中是并行處理的。操作系統是根據線程的優先級來安排CPU的時間，優先級高的線程優先運行，優先級低的線程則繼續等待。

線程被分為兩種：用戶界面線程和工作線程（又稱為后臺線程）。用戶界面線程通常用來處理用戶的輸入并響應各種事件和消息，其實，應用程序的主執行線程CWinAPP對象就是一個用戶界面線程，當應用程序啟動時自動創建和啟動，同樣它的終止也意味著該程序的結束，進城終止。工作者線程用來執行程序的后臺處理任務，比如計算、調度、對串口的讀寫操作等，它和用戶界面線程的區別是它不用從CwinThread類派生來創建，對它來說最重要的是如何實現工作線程任務的運行控制函數。工作線程和用戶界面線程啟動時要調用同一個函數的不同版本；最后需要讀者明白的是，一個進程中的所有線程共享它們父進程的變量，但同時每個線程可以擁有自己的變量。

隨著擁有多個硬線程CPU（超線程、雙核）的普及，多線程和異步操作等并發程序設計方法也受到了更多的關注和討論。本文主要是想與各位高手一同探討一下如何使用并發來最大化程序的性能。

多線程和異步操作的異同

多線程和異步操作兩者都可以達到避免調用線程阻塞的目的，從而提高軟件的可響應性。甚至有些時候我們就認為多線程和異步操作是等同的概念。但是，多線程和異步操作還是有一些區別的。而這些區別造成了使用多線程和異步操作的時機的區別。

異步操作的本質

所有的程序最終都會由計算機硬件來執行，所以為了更好的理解異步操作的本質，我們有必要了解一下它的硬件基礎。 熟悉電腦硬件的朋友肯定對DMA這個詞不陌生，硬盤、光驅的技術規格中都有明確DMA的模式指標，其實網卡、聲卡、顯卡也是有DMA功能的。DMA就是直接內存訪問的意思，也就是說，擁有DMA功能的硬件在和內存進行數據交換的時候可以不消耗CPU資源。只要CPU在發起數據傳輸時發送一個指令，硬件就開始自己和內存交換數據，在傳輸完成之后硬件會觸發一個中斷來通知操作完成。這些無須消耗CPU時間的I/O操作正是異步操作的硬件基礎。所以即使在DOS這樣的單進程（而且無線程概念）系統中也同樣可以發起異步的DMA操作。

線程的本質

線程不是一個計算機硬件的功能，而是操作系統提供的一種邏輯功能，線程本質上是進程中一段并發運行的代碼，所以線程需要操作系統投入CPU資源來運行和調度。

異步操作的優缺點

因為異步操作無須額外的線程負擔，并且使用回調的方式進行處理，在設計良好的情況下，處理函數可以不必使用共享變量（即使無法完全不用，最起碼可以減少共享變量的數量），減少了死鎖的可能。當然異步操作也并非完美無暇。編寫異步操作的復雜程度較高，程序主要使用回調方式進行處理，與普通人的思維方式有些初入，而且難以調試。

多線程的優缺點

多線程的優點很明顯，線程中的處理程序依然是順序執行，符合普通人的思維習慣，所以編程簡單。但是多線程的缺點也同樣明顯，線程的使用（濫用）會給系統帶來上下文切換的額外負擔。并且線程間的共享變量可能造成死鎖的出現。

適用范圍

在了解了線程與異步操作各自的優缺點之后，我們可以來探討一下線程和異步的合理用途。我認為：當需要執行I/O操作時，使用異步操作比使用線程+同步I/O操作更合適。I/O操作不僅包括了直接的文件、網絡的讀寫，還包括數據庫操作、Web Service、HttpRequest以及.net Remoting等跨進程的調用。

而線程的適用范圍則是那種需要長時間CPU運算的場合，例如耗時較長的圖形處理和算法執行。但是往往由于使用線程編程的簡單和符合習慣，所以很多朋友往往會使用線程來執行耗時較長的I/O操作。這樣在只有少數幾個并發操作的時候還無傷大雅，如果需要處理大量的并發操作時就不合適了。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的为什么使用多线程?的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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