線程,有時被稱為輕量級進程(Lightweight Process,LWP),是程序執行流的最小單元。一個標準的線程由線程ID,當前指令指針(PC),寄存器集合和堆棧組成。另外,線程是進程中的一個實體,是被系統獨立調度和分派的基本單位,線程自己不擁有系統資源,只擁有一點兒在運行中必不可少的資源,但它可與同屬一個進程的其它線程共享進程所擁有的全部資源。一個線程可以創建和撤消另一個線程,同一進程中的多個線程之間可以并發執行。由于線程之間的相互制約,致使線程在運行中呈現出間斷性。線程也有就緒、阻塞和運行三種基本狀態。
就緒狀態是指線程具備運行的所有條件,邏輯上可以運行,在等待處理機;運行狀態是指線程占有處理機正在運行;阻塞狀態是指線程在等待一個事件(如某個信號量),邏輯上不可執行。每一個程序都至少有一個線程,若程序只有一個線程,那就是程序本身。
線程特點
在多線程OS中,通常是在一個進程中包括多個線程,每個線程都是作為利用CPU的基本單位,是花費最小開銷的實體。線程具有以下屬性。
1)輕型實體
線程中的實體基本上不擁有系統資源,只是有一點必不可少的、能保證獨立運行的資源。
線程的實體包括程序、數據和TCB。線程是動態概念,它的動態特性由線程控制塊TCB(Thread Control Block)描述。TCB包括以下信息:
(1)線程狀態。
(2)當線程不運行時,被保存的現場資源。
(3)一組執行堆棧。
(4)存放每個線程的局部變量主存區。
(5)訪問同一個進程中的主存和其它資源。
用于指示被執行指令序列的程序計數器、保留局部變量、少數狀態參數和返回地址等的一組寄存器和堆棧。
2)獨立調度和分派的基本單位。
在多線程OS中,線程是能獨立運行的基本單位,因而也是獨立調度和分派的基本單位。由于線程很“輕”,故線程的切換非常迅速且開銷小(在同一進程中的)。
3)可并發執行。
在一個進程中的多個線程之間,可以并發執行,甚至允許在一個進程中所有線程都能并發執行;同樣,不同進程中的線程也能并發執行,充分利用和發揮了處理機與外圍設備并行工作的能力。
4)共享進程資源。
線程
在同一進程中的各個線程,都可以共享該進程所擁有的資源,這首先表現在:所有線程都具有相同的地址空間(進程的地址空間),這意味著,線程可以訪問該地址空間的每一個虛地址;此外,還可以訪問進程所擁有的已打開文件、定時器、信號量機構等。由于同一個進程內的線程共享內存和文件,所以線程之間互相通信不必調用內核。
一。什么時候會出現線程安全問題?
在單線程中不會出現線程安全問題,而在多線程編程中,有可能會出現同時訪問同一個資源的情況,這種資源可以是各種類型的的資源:
一個變量、一個對象、一個文件、一個數據庫表等,而當多個線程同時訪問同一個資源的時候,就會存在一個問題:
由于每個線程執行的過程是不可控的,所以很可能導致最終的結果與實際上的愿望相違背或者直接導致程序出錯。
舉個簡單的例子:
現在有兩個線程分別從網絡上讀取數據,然后插入一張數據庫表中,要求不能插入重復的數據。
那么必然在插入數據的過程中存在兩個操作:
1)檢查數據庫中是否存在該條數據;
2)如果存在,則不插入;如果不存在,則插入到數據庫中。
假如兩個線程分別用thread-1和thread-2表示,某一時刻,thread-1和thread-2都讀取到了數據X,那么可能會發生這種情況:
thread-1去檢查數據庫中是否存在數據X,然后thread-2也接著去檢查數據庫中是否存在數據X。
結果兩個線程檢查的結果都是數據庫中不存在數據X,那么兩個線程都分別將數據X插入數據庫表當中。
這個就是線程安全問題,即多個線程同時訪問一個資源時,會導致程序運行結果并不是想看到的結果。
這里面,這個資源被稱為:臨界資源(也有稱為共享資源)。
也就是說,當多個線程同時訪問臨界資源(一個對象,對象中的屬性,一個文件,一個數據庫等)時,就可能會產生線程安全問題。
不過,當多個線程執行一個方法,方法內部的局部變量并不是臨界資源,因為方法是在棧上執行的,而Java棧是線程私有的,因此不會產生線程安全問題。
二。如何解決線程安全問題?
基本上所有的并發模式在解決線程安全問題時,都采用“序列化訪問臨界資源”的方案,即在同一時刻,只能有一個線程訪問臨界資源,也稱作同步互斥訪問。
通常來說,是在訪問臨界資源的代碼前面加上一個鎖,當訪問完臨界資源后釋放鎖,讓其他線程繼續訪問。
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