多线程（一）：进程、线程与核心对象介绍

操作系统核心对象：

　　内核对象是由内核拥有的，而不是由进程拥有。

　　如果你的进程创建了一个内核对象的句柄，然后你的进程中止运行，那么，内核对象不一定会被销毁。

　　内核对象的存在时间可以比创建该内核对象的进程长很多。 内核需要知道多少个进程正在使用某个内核对象，所以内核对象有一个使用计数。使用计数是内核对象常用的数据成员

　　CreateThread的返回值handle是一个核心对象(Kernel Objects)。Handle是一个指针，指向操作系统内存空间的一个对象，此对象不允许直接取得，为的是维护系统的完整性与安全性。

　　 Win32系统中包括如下核心对象： （1）进程（processes）、（2）线程（threads）、（3）文件（files）、（4）事件（events）、（5）信号量（semaphores）、（6）互斥器（mutexes）、（7）管道（Pipes） 核心对象保持了一个引用计数，一旦引用计数降至0，核心对象便自动消毁。

　　

句柄：

　　当调用一个创建内核对象的函数时，该函数返回一个句柄，用来标志这个内核对象。

　　这个句柄值是和进程密切相关的，只能在这个进程中使用，如果在其他的进程中使用这个句柄值操作句柄，会失败。

　　 在这个进程中的其他线程，可以使用这个句柄值

　　 当一个进程初始化的时候，系统为他分配一个句柄表。内核对象的句柄实际上是在句柄表中的一个索引值。

 

Event对象：
　　Win32中最具弹性的同步机制就是Event对象了。Event对象是一种核心对象，它的唯一目的就是成为激发状态或未激发状态，这两种状态完全由程序来控制，不会成为Wait…的副作用。
　　为了产生一个Event对象，必须调用CreateEvent();

 

进程：

　　进程通常被定义为一个正在运行的程序的实例，进程是不活泼，进程只是线程的容器，一个进程可以包括多个线程，从不执行任何东西。

 

线程：

　　线程总是在某个进程环境中创建的，线程在它的进程地址空间中执行代码，并且在进程的地址空间中对数据进行操作。

 

线程状态：

　　新建状态：没有调用start方法之前

　　运行（running）态（执行run方法）：占有处理器正在运行 

　　就绪（ready）态（调用start方法之后，等待cup分配执行权）：指具备运行条件，等待系统分配处理器以便运行 

　　等待（wait）态（wait、sleep、锁资源被其他线程抢占等）：又称为阻塞（blocked）态或睡眠（sleep）态，指不具备运行条件，正在等待某个事件的完成 

　　运行态—→等待态：等待使用资源；如等待外设传输；等待人工干预
　　等待态—→就绪态：资源得到满足；如外设传输结束；人工干预完成
　　就绪态—→运行态：CPU空闲时选择一个就绪线程。
　　运行态—→就绪态：运行时间片到；出现有更高优先权线程。

 

使用多线程比使用多进程的好处：

　　1、线程廉价

　　2、启动比较快，退出比较快

　　3、对系统资源的冲击比较小

　　4、线程彼此分享了大部分核心对象的拥有权

 

多线程程序的风险：

　　1、多线程程序无法预期，即每次执行结果不同

　　2、 执行次序无法保证，即线程间的执行顺序随机

　　3、线程并不总是立刻启动

 

注意事项：

　　各线程的数据要分离开来，避免使用全局变量 确定知道线程的状态，不要径自结束程序而不等待它们的结束。

线程状态切换（也称为线程上下文切换）：
　　硬件计时器发现执行时间过长，就会发出一个中断，操作系统会从CPU中取出该线程的当前状态（数据寄存器内容）保存到堆栈中，再拷贝到一个CONTEXT结构，以备后用

　　多线程状态切换导致代码执行结果的随机性

　　单CUP的机器上，多线程不能提高程序的性能，但能提高cup效率

 

线程种类：

　　用户线程（非守护线程）：新创建的线程，当主线程挂掉时，不受影响

　　守护线程：当所有用户线程和主线程都停止，守护线程自动停止。在start之前调用setDeamon（true）方法设置为守护线程。

　　主线程：main函数所在线程

　　子线程：主线程中创建的线程

 

保证线程安全的方式：

　　线程锁、临界区（critical sections）、分模块使线程之间尽量不共用代码

 

线程间通讯方式：

　　event（核心对象：事件）、静态变量（比如事件队列）、条件变量、互斥锁、wait方法等

 

线程间通信的两个基本问题：同步与互斥

线程同步

　　 线程之间所具有的一种制约关系，一个线程的执行依赖另一个线程的消息，当它没有得到另一个线程的消息时应等待，直到消息到达时才被唤醒

线程互斥

　　 各线程排它访问共享的操作系统资源。当有若干个线程都要使用某一共享资源时，任何时刻最多只允许一个线程去使用，其它要使用该资源的线程必须等待，直到占用资源者释放该资源 线程互斥是一种特殊的线程同步

 

Mutex和critical section区别：
　　锁住一个未被拥有的mutex比锁住一个未被拥有的critical section，需要花费几乎100倍的时间。因为critical section不需要进入操作系统核心。
　　Mutex可以跨进程使用，critical section则只能在下个线程中使用。
　　等待一个Mutex时，可以指定“结束等待”的时间长度，但对于critical section则不行。

 

解决死锁 ---- 打破四个条件：
　　通过强行规定任务获得资源的方式防止死锁：几个任务要访问资源A,B和C,任务以同样的次序获得和释放资源
　　任务一次性请求所需要的资源，或要求被拒绝使用某一资源的任务，立即释放它所持有的所有其它资源，然后重新获得。

线程中止的几种方法：线程的退出应该尽可能的使用第一种方式，让线程自己正常的退出
　　线程的入口函数返回
　　在线程内调用ExitThread,线程自行销毁
　　在同一个进程的其他线程中调用TerminateThread函数，终了指定线程。
　　包含线程的进程中止运行