线程(操作系统任务调度的最小单位)

什么是线程?

线程是轻量化的进程，用来实现多任务并发

线程是操作系统任务调度的最小单位

线程由进程创建，在创建时会在栈区为线程分配独立的栈区空间（默认8M）

在同一个进程中的线程共用堆区、数据区、文本区

进程线程的区别

进程	线程
正在执行的程序	轻量级的进程
操作系统资源分配的最小单位	操作系统任务调度的最小单位
资源空间消耗大（0-4G）	资源空间消耗小（8M的栈区，其他区域共享）
进程（创建、任务切换）效率低	线程（创建、任务切换）效率高
进程安全性高（空间独立）	线程的安全性较低（有共享空间）
进程间通信较为复杂、需要用到IPC机制	线程间通信简单（共享内存）
在相同资源平台下，多进程的并发量少于多线程

线程相关接口

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">#include <pthread.h>
​
// 1. 线程的创建
// 参数: (线程ID指针, 线程属性, 线程函数入口, 传给线程函数的参数)
// 返回值: 成功返回0, 失败返回错误码(非零)
pthread_create(&tid, NULL, thread_func, (void*)arg);
​
// 2. 线程的退出
// 参数: 线程的返回值(可由其他线程通过pthread_join接收)
// 作用: 终止调用该函数的线程, 并返回retval给等待者
pthread_exit(void *retval);
​
// 3. 获取当前线程自身的ID (您留空的部分)
// 返回值: 调用该函数的线程的线程ID (pthread_t类型)
pthread_t pthread_self(void);
​
// 4. 等待线程结束 (线程回收)
// 参数: (要等待的线程ID, 接收线程返回值的指针)
// 返回值: 成功返回0, 失败返回错误码
// 作用: 阻塞调用线程, 直到目标线程终止, 并回收其资源
pthread_join(pthread_t thread, void **retval);</span></span>

注意：链接的时候必须显式链接 -lpthread

线程的分离属性

分离属性：不需要回收的线程，称为具有分离属性的线程，结束时可以被操作系统回收。

非分离属性：可以被其他线程回收或者结束的线程成为非分离属性的线程。（默认的属性）

线程的互斥

互斥锁 - 保护共享资源，防止并发访问冲突

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">pthread_mutex_init()     // 初始化
pthread_mutex_lock()     // 加锁（阻塞）
pthread_mutex_trylock()  // 加锁（非阻塞）
pthread_mutex_unlock()   // 解锁
pthread_mutex_destroy()  // 销毁</span></span>

条件变量 - 等待某个条件成立（必须配合互斥锁）

条件变量就是为了避免CPU空转轮询而设计的，让线程在条件不满足时安心"睡觉"，条件满足时被"叫醒"

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">pthread_cond_init()      // 初始化
pthread_cond_wait()      // 等待条件（自动释放锁）
pthread_cond_timedwait() // 限时等待
pthread_cond_signal()    // 唤醒一个等待线程
pthread_cond_broadcast() // 唤醒所有等待线程
pthread_cond_destroy()   // 销毁</span></span>

线程间的同步机制

信号量 - 管理资源数量（独立使用，无需互斥锁）

<span style="background-color:#f8f8f8"><span style="color:#333333">sem_init()       // 初始化（初始资源数）
sem_wait()       // P操作：资源数-1（为0则阻塞）
sem_trywait()    // 非阻塞版
sem_timedwait()  // 限时版
sem_post()       // V操作：资源数+1（唤醒等待者）
sem_getvalue()   // 获取当前计数
sem_destroy()    // 销毁</span></span>

死锁的产生条件

死锁是指两个或多个线程（进程）互相等待对方持有的资源，导致所有线程都无法继续执行。

四个必要条件（必须同时满足）

条件	说明	比喻
1. 互斥 （Mutual Exclusion）	资源一次只能被一个线程占用	厕所只有一间，一次只能进一个人
2. 持有并等待 （Hold and Wait）	线程持有资源的同时，等待其他资源	你占着厕所A，还等着厕所B空出来
3. 不可抢占 （No Preemption）	已分配的资源不能被强制剥夺	别人不能把你从厕所里拽出来
4. 循环等待 （Circular Wait）	线程间形成循环等待链	A等B，B等C，C等A，都在等对方让出资源

只要破坏任意一个条件，死锁就不会发生！

如何避免死锁（5种策略）

1. 破坏"循环等待"：统一加锁顺序(最常用)

1. 破坏"持有并等待"：一次性申请所有资源

1. 破坏"不可抢占"：使用 trylock + 回退

1. 使用递归锁

1. 使用更高层级的同步机制

• 信号量：管理资源计数，自然避免死锁

• 条件变量：配合互斥锁使用，但设计合理可避免死锁

• 读写锁：允许多个读操作并发