多线程 | zPytC

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线程的概念

轻量级：线程是轻量级的进程，创建和切换线程的开销比进程小。这是因为线程共享进程的大部分资源，不需要像进程那样分配独立的资源。

并发执行：线程可以与其他线程并发执行，提高程序的执行效率。例如，在多线程服务器中，可以为每个客户端请求创建一个线程来处理，从而实现同时处理多个请求。

共享资源：同一进程内的线程可以共享进程的全局变量、文件描述符、内存空间等资源。这使得线程间的通信和数据共享更加方便，但也需要注意同步和互斥问题，以避免资源冲突和数据不一致。

线程与进程的区别

资源拥有：

进程：拥有独立的资源集合，包括内存空间、文件描述符、全局变量等。进程间的资源是隔离的，不能直接共享。
线程：共享所属进程的大部分资源，如内存空间和文件描述符等，但每个线程有自己的程序计数器、寄存器和栈空间。

创建和销毁：

进程：创建和销毁进程的开销较大，需要分配和回收独立的资源。
线程：创建和销毁线程的开销较小，只需分配少量的资源，如栈空间等。

通信方式：

进程：进程间的通信需要通过进程间通信机制，如管道、信号、消息队列、共享内存等，实现起来相对复杂。
线程：线程间的通信可以通过直接访问共享资源来实现，如共享内存和全局变量等，通信更加方便和高效，但也需要注意同步和互斥问题。

调度单位：

进程：操作系统调度的基本单位是进程，进程的切换开销较大。
线程：线程是操作系统调度的基本单位，线程的切换开销较小，可以更细粒度地进行调度，提高系统的并发性能。

独立性：

进程：进程是独立的运行单位，拥有独立的地址空间和资源，一个进程崩溃不会影响其他进程。
线程：线程是依赖于进程的，一个进程崩溃可能会导致其所有线程崩溃，因为线程共享进程的资源和地址空间。

线程的应用场景

多任务处理：如多线程服务器，可以同时处理多个客户端请求。

提高程序效率：通过并发执行多个线程，可以充分利用多核 CPU 的计算能力，提高程序的执行效率。

响应式程序：如图形用户界面程序，可以使用一个线程处理用户界面，另一个线程处理后台任务，使程序更加响应用户操作。

总之，线程是进程中的实际运作单位，具有轻量级、共享资源和并发执行的特点，与进程相比，在资源拥有、创建和销毁、通信方式、调度单位和独立性等方面存在显著区别。合理使用线程可以提高程序的效率和响应性，但也需要注意线程间的同步和互斥问题，以避免资源冲突和数据不一致。

线程控制

在 Linux 中，线程的控制、创建、终止和等待是多线程编程中的基本操作。以下是这些操作的详细介绍：

线程控制

线程控制是指对线程的运行状态进行管理和控制，包括线程的创建、执行、暂停、恢复和终止等操作。线程控制通常通过线程库（如 POSIX 线程库 pthreads）提供的函数来实现。

线程创建

在 Linux 中，可以使用 pthread_create 函数来创建一个新线程。该函数的基本语法如下：

参数说明：

thread：指向 pthread_t 类型变量的指针，用于存储新创建线程的线程 ID。
attr：指向 pthread_attr_t 类型的指针，用于设置线程属性（如栈大小、调度策略等）。如果设置为 NULL，则使用默认属性。
start_routine：新线程的入口函数，类型为 void* (*)(void*)。该函数将在线程启动后执行。
arg：传递给 start_routine 函数的参数，类型为 void*。

返回值：如果创建成功，返回 0；否则返回错误码。

线程终止

线程的终止可以通过以下几种方式实现：

自然终止：线程执行完其入口函数后自然终止。

显式终止：线程可以通过调用 pthread_exit 函数显式终止自己。该函数的基本语法如下：

retval：线程退出时返回的值，可以被其他等待该线程的线程获取。

被其他线程取消：一个线程可以通过调用 pthread_cancel 函数请求取消另一个线程。被取消的线程在执行到取消点时会终止。

线程等待

线程等待是指一个线程等待另一个线程完成其执行。在 Linux 中，可以使用 pthread_join 函数来实现线程等待。该函数的基本语法如下：

参数说明：

thread：要等待的线程的线程 ID。
retval：指向 void* 类型变量的指针，用于存储被等待线程的返回值。如果不需要获取返回值，可以设置为 NULL。

返回值：如果等待成功，返回 0；否则返回错误码。

示例代码

以下是一个简单的示例，演示了线程的创建、终止和等待：

注意事项

线程同步：在多线程程序中，需要使用互斥锁、条件变量等同步机制来避免线程间的竞态条件和死锁问题。

资源清理：线程终止时，需要确保其占用的资源（如内存、文件描述符等）得到正确释放，以避免资源泄露。

取消点：线程取消操作只在取消点处生效，取消点是一些系统调用和库函数，如 read、write、pthread_testcancel 等。

通过合理使用线程控制、创建、终止和等待等操作，可以有效地管理和协调多线程程序的执行，提高程序的并发性能和响应性。

cp问题

comsumer&producer问题就是“321”原则

三种关系：消费者vs消费者，消费者vs生产者，生产者vs生产者

两种角色：生产者，消费者

一个交易场所：某种结构的内存空间

优点：

1.支持忙闲不均

2.生产和消费进行解藕

🔑

为什么有锁了还需要信号量这个东西

锁和信号量都是用于多线程和多进程同步的重要机制，但它们在功能和使用场景上有所不同。虽然锁可以解决很多同步问题，信号量仍然有其独特的用途和优势。以下是锁和信号量的主要区别以及为什么需要信号量的详细解释：

锁和信号量的主要区别

1. 功能和用途

锁（互斥锁）：

功能：锁主要用于互斥（Mutex），确保同一时间只有一个线程可以访问共享资源。
用途：适用于保护临界区，避免数据竞争和数据不一致性。

信号量：

功能：信号量是一种计数器，用于控制对共享资源的访问数量。
用途：不仅可以用于互斥，还可以用于同步线程，允许多个线程同时访问共享资源。

2. 实现机制

锁：

锁的实现相对简单，通常只允许一个线程进入临界区。
锁的加锁和解锁必须由同一线程分别对应使用。

信号量：

信号量通过计数器来控制资源的访问，计数器大于0时，表示有资源可用。
信号量的wait操作会减少计数器，signal操作会增加计数器。
信号量可以由一个线程释放，另一个线程获取。

3. 灵活性和控制能力

锁：

锁提供了简单的互斥控制，适合保护临界区。
锁的使用相对简单，但可能导致死锁和饥饿。

信号量：

信号量提供了更灵活的控制，可以允许多个线程同时访问资源。
信号量可以用于复杂的同步模式，如生产者-消费者问题。

为什么需要信号量

允许多个线程访问资源：

锁通常只允许一个线程进入临界区，而信号量可以允许多个线程同时访问共享资源。

例如，在资源池（如数据库连接池）场景中，允许多个线程同时访问资源是必要的。

实现复杂的同步模式：

信号量可以用于实现复杂的同步模式，如生产者-消费者问题。

在生产者-消费者问题中，信号量可以控制缓冲区的满和空状态，确保生产者和消费者之间的同步。

非owner线程释放锁：

在某些特殊情况下，如死锁恢复，信号量允许非owner线程释放锁，而锁则做不到。

示例：生产者-消费者问题

假设有一个生产者和一个消费者，共享一个缓冲区。生产者生产数据放入缓冲区，消费者从缓冲区取出数据。这里需要两个信号量：

empty：表示缓冲区空位的数量。

full：表示缓冲区中有数据的数量。

c复制

sem_t empty;
sem_t full;

void producer() {
    while (true) {
        produce_item();
        sem_wait(&empty); // 等待空位
        insert_item();
        sem_signal(&full); // 增加满位
    }
}

void consumer() {
    while (true) {
        sem_wait(&full); // 等待数据
        remove_item();
        sem_signal(&empty); // 增加空位
        consume_item();
    }
}

总结

虽然锁和信号量都可以用于同步，但它们在功能和使用场景上有所不同。锁主要用于互斥，而信号量不仅可以用于互斥，还可以用于同步和控制资源的访问数量。在某些场景下，信号量提供了更灵活的控制和更复杂的同步模式，这是锁无法实现的。

基于环形队列的生产消费模型

head永远指向下一个要补充的位置，tail永远指向下一个要使用的位置

空和满的时候head和tail指向同一个位置，同时也就没有办法判断是空还是满

记住321原则；

线程的概念

线程与进程的区别

线程的应用场景

线程控制

线程控制

线程创建

线程终止

线程等待

示例代码

注意事项

cp问题

锁和信号量的主要区别

1. 功能和用途

2. 实现机制

3. 灵活性和控制能力

为什么需要信号量

示例：生产者-消费者问题

c复制

总结

基于环形队列的生产消费模型

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