什么是多線程

進程是正在運行的程序的實例，而線程（thread）是進程中的一個執行路線。一個進程可以擁有多個線程。從程序的角度上來說，線程是一個獨立運行程序的片段。當程序運行時，進程把大部分資源合理分配給每個執行流（線程），且所有線程共享進程的地址空間，所以線程實際上就是一個輕量級的進程。下面給出進程中的線程示意圖：

值得注意的是，windos下的線程是有線程控制塊（TCB）的。而linux下的進程控制塊和線程控制塊都是task_struct。

為什么稱linux下的線程是輕量級進程呢？

這是因為linux內核并沒有單獨為線程設計一套管理方案，而是通過相同的機制來管理進程和線程，只不過線程擁有的資源是進程的一部分，所以稱linux下的線程是輕量級進程。并且，Linux內核中的調度器并不區分線程和進程，可以是單線程的進程，也可以只是一個線程。為了讓用戶使用起來區分線程和進程，linux向上（用戶態）提供了POSI標準的線程接口（如pthread庫），在內核用clone系統調用創建和管理線程。盡管有線程這個模型，但底層還是輕量級的進程。

總結：==線程是共享同一進程的地址空間和資源的執行單元=。

線程的優點

1. 共享資源：同一進程內的線程共享地址空間，能訪問相同的全局變量，堆和文件描述符等。這種共享使得線程間通信變得更加高效。
2. 獨立的執行流：每個線程都有自己的程序計數器、寄存器和棧，這使得線程可以獨立執行。線程的獨立性使得多個線程并行執行多個任務，提高了此程序的響應性和吞吐量。
3. 輕量級：相比于進程，線程的創建開銷會小很多，且不需要分配獨立的地址空間。上下文切換也比進程快，因為不涉及地址空間的切換。
   4.并發執行：在多核處理器上，不同的線程可以做到真正的并行執行

線程的缺點

1. 同步復雜性：由于共享進程空間，多個線程同時訪問和修改共享數據時可能會導致數據不一致等問題
2. 性能損失：使用鎖和其它同步機制會導致性能下降
3. 調試難度提高：編寫和調試一個多線程程序要比單線程程序困難得多

線程異常

• 單個線程如果出現除0或者訪問野指針等問題導致線程崩潰，進程也會隨著崩潰
• 進程終止，該進程的所有線程都會終止。這也就意味著，如果某一個線程出了異常進而終止進程的話，其它的線程也都會被終止。這也是線程不安全的原因之一。

線程和進程

• 進程是資源分配的基本單位，而線程是調度的基本單位。
• 具體來說，線程共享以下進程資源：
  • 代碼段和數據段
  • 文件描述符表
  • 每種信號的處理方式即handler表
  • 環境變量包括當前工作目錄
  • 用戶id和組id
• 雖然線程共享進程的數據，但有屬于自己的一些數據：
  • 線程ID
  • 一組寄存器
  • 棧
  • errno錯誤流
  • 信號屏蔽字
  • 調度優先級

進程和線程的關系如下圖：

創建線程

在linux中，通常使用POSIX線程庫，即pthread庫。pthread庫提供了一組用于線程創建、管理和同步的函數，這些函數被包含在pthread.h頭文件中。pthread庫的主要包含了線程管理、線程同步、線程屬性相關的函數，下面介紹線程管理中的一些常用函數。

1.pthread_create

功能：創建一個新的線程
原型:

#include<pthread.h>
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *
(*start_routine)(void*), void *arg);

• pthread_t是一個無符號整數
• thread是指向pthread_t變量的一個指針，用于存儲創建線程的標識符ID(輸出型參數)
• pthread_attr_t類型是一個線程屬性的類，該類定義了線程的所有屬性，包括分離狀態、棧的大小等
• attr是一個指向const pthread_attr_t對象的指針，用于初始化被創建線程的屬性。如果設置為NULL,則使用默認屬性
• start_rountine是一個函數指針，該函數的參數和返回值類型都是void*。表示線程線程執行的函數。
• arg是傳遞給線程函數的參數。可以是NULL,如果需要傳遞多個參數，可以將其打包成結構體類型對象傳進去。同樣如果想返回多個值，可以將值打包成一個結構體再返回。
• 創建成功返回0。失敗則返回一個非0值，表示錯誤代碼。常見得到錯誤碼有：
  • EAGAIN:系統資源不足，無法創建更多線程。
  • EINVAL:無效的線程屬性
  • EPERM：沒有足夠的權限設置線程屬性

給出代碼樣例，演示使用pthread_create創建線程：

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <string.h>using namespace std;void *rout(void *arg)//線程執行函數
{while (true){cout << "i am thread num: " << *(int *)arg << endl;sleep(1);}return NULL;
}int main()
{pthread_t tid;int num = 10;int res = pthread_create(&tid, NULL, rout, (void *)(&num));if (res != 0){//錯誤碼檢查fprintf(stderr, "pthread_create: %s\n", strerror(res));exit(1);}while (true){cout << "I am main thread" << endl;sleep(1);}return 0;
}

這樣我們就成功的使用pthread_create函數創建了一個線程。值得注意的是，執行main函數的線程我們稱為主線程。此外，一個線程可以使用pthread_self函數來獲取自己的線程ID.

2.pthread_self

功能：獲得當前線程的ID
函數原型：

pthread_t pthread_self(void);

于是我們可以將前面的代碼樣例改一下，觀察結果線程ID：

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <unistd.h>
#include <string.h>using namespace std;void *rout(void *arg)
{while (true){cout << "thread id : " << pthread_self() << " i am thread num: " << *(int *)arg << endl;sleep(1);}return NULL;
}int main()
{pthread_t tid;int num = 10;int res = pthread_create(&tid, NULL, rout, (void *)(&num));if (res != 0){fprintf(stderr, "pthread_create: %s\n", strerror(res));exit(1);}while (true){cout << "tid: " << tid << "  I am main thread" << endl;sleep(1);}return 0;
}

我i們可以觀察到，線程ID是一個非常復雜的數字，這個具體數值通常是由線程庫內部實現的，可能會使用內存地址等機制來生成唯一的線程ID。