【面试八股总结】线程基本概念，线程、进程和协程区别，线程实现

一、什么是线程？

       线程是“轻量级进程”，是进程中的⼀个实体，是程序执⾏的最小单元，也是被系统独立调度和分配的基本单位。

        线程是进程当中的⼀条执行流程，同⼀个进程内多个线程之间可以共享代码段、数据段、打开的文件等资源，但每个线程各自都有⼀套独立的寄存器和栈，这样可以确保线程的控制流是相对独立的。

二、线程的优缺点

线程的优点：

• 一个进程中可以同时存在多个线程；
• 各个线程之间可以并发执行；
• 各个线程之间可以共享地址空间和文件等资源；

线程的缺点：

• 当进程中的一个线程崩溃时，会导致其所属进程的所有线程崩溃

三、进程、线程和协程区别

	进程	线程	协程
定义	资源分配和拥有的基本单位	程序执行的基本单位	用户态的轻量级线程
切换情况	保存和设置进程CPU环境（栈、寄存器、页表和文件句柄）	保存和设置程序计数器、少量寄存器和栈	先将寄存器上下文和栈保存，等切换回来的时候再进行恢复
切换者	操作系统	操作系统	用户
切换过程	用户态->核心态->用户态	用户态->核心态->用户态	用户态
调用栈	内核栈	内核栈	用户栈
拥有资源	CPU资源、内存资源、文件资源和句柄等	程序计数器、寄存器、栈和状态字	拥有自己的寄存器上下文和栈
并发性	不同进程之间切换实现并发，各自占有CPU实现并行	一个进程内部的多个线程并发执行	同一时间只能执行一个协程，其他协程处于休眠状态，适合对任务进行分时处理
系统开销	切换虚拟机地址空间，切换内核栈和硬件上下文，开销大	切换时只需保存和设置很少量的寄存器内容，开销小	直接操作栈，基本没有内核切换开销，可以不加锁的访问全局变量，上下文切换速度非常快
通信方面	需要借助操作系统（管道、消息队列、共享内存、内存映射、信号量、信号、Socket）	直接读写进程数据段（eg.全局变量）进行通信	共享内存、消息队列

四、线程实现

1. 线程创建和结束

• 一般情况下，main函数所在的线程我们称之为主线程（main线程），其余创建的线程称之为子线程。 程序中默认只有一个线程，调用pthread_create()函数产生新的线程。

​​​​​​// ​创建线程 
int pthread_create(pthread_t *thread, const pthread_attr_t *attr, void *(*start_routine) (void *), void *arg);- 功能：创建一个子线程- 参数：- thread：传出参数，线程创建成功后，子线程的线程ID被写到该变量中。- attr : 设置线程的属性，一般使用默认值，NULL- start_routine : 函数指针，这个函数是子线程需要处理的逻辑代码- arg : 给第三个参数使用，传参- 返回值：成功：0失败：返回错误号。这个错误号和之前errno不太一样。获取错误号的信息：  char * strerror(int errnum);

•  获得线程id ：pthread_self

pthread_t pthread_self(void);

•  等待线程结束：pthread_join，主线程调⽤，等待子线程退出并回收其资源，类似于进程中wait/waitpid回收僵尸进程，调用 pthread_join的线程会被阻塞

int pthread_join(pthread_t thread, void **retval);- 功能：和一个已经终止的线程进行连接回收子线程的资源- 特点：这个函数是阻塞函数，调用一次只能回收一个子线程一般在主线程中使用- 参数：- thread：需要回收的子线程的ID- retval: 接收子线程退出时的返回值- 返回值：0 : 成功非0 : 失败，返回的错误号

• 结束线程： 子线程执行，用于结束当前线程并通过retval传递返回值，该返回值可通过pthread_join获得

void pthread_exit(void *retval);功能：终止一个线程，在哪个线程中调用，就表示终止哪个线程参数：retval:需要传递一个指针，作为一个返回值，可以在pthread_join()中获取到。

• 分离线程：主线程、子线程均可调⽤。主线程中pthread_detach(tid)，子线程中 pthread_detach(pthread_self())，调⽤后和主线程分离，子线程结束时自己立即回收资源

 int pthread_detach(pthread_t thread);- 功能：分离一个线程。被分离的线程在终止的时候，会自动释放资源返回给系统。1. 不能多次分离，会产生不可预料的行为。2. 不能去连接一个已经分离的线程，会报错。- 参数：需要分离的线程的ID- 返回值：成功：0失败：返回错误号

 2. 线程属性

        线程属性对象类型为pthread_attr_t，结构体定义如下：

typedef struct{int detachstate;    // 线程分离的状态int schedpolicy;    // 线程调度策略struct sched_param schedparam;  // 线程的调度参数int inheritsched;    // 线程的继承性int scope;    //线程的作用域//以下为线程栈的设置size_t guardsize;    //线程栈末尾警戒缓冲大小int stackaddr_set;    // 线程的栈设置void * stackaddr;// 线程栈的位置size_t stacksize;//线程栈大小
}pthread_attr_t;

设置线程属性相关函数：int pthread_attr_init(pthread_attr_t *attr);- 初始化线程属性变量int pthread_attr_destroy(pthread_attr_t *attr);- 释放线程属性的资源int pthread_attr_getdetachstate(const pthread_attr_t *attr, int *detachstate);- 获取线程分离的状态属性int pthread_attr_setdetachstate(pthread_attr_t *attr, int detachstate);- 设置线程分离的状态属性