进程与线程

1、线程的基本概念、线程的基本状态及状态之间的关系

1）、线程：有时被称为轻量级进程(LWP），是程序执行流的最小单元。一个标准的线程由线程ID，当前指令指针(PC），寄存器集合和堆栈组成。另外，线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。由于线程之间的相互制约，致使线程在运行中呈现出间断性。线程也有就绪、阻塞和运行三种基本状态。每一个程序都至少有一个线程（称为主线程），若程序只有一个线程，那就是程序本身线程是程序中一个单一的顺序控制流程。在单个程序中同时运行多个线程完成不同的工作，称为多线程。
2）、状态：就绪，运行，synchronize阻塞，wait和sleep挂起，结束。wait必须在synchronized内部调用。
调用线程的start方法后线程进入就绪状态，线程调度系统将就绪状态的线程转为运行状态，遇到synchronized语句时，由运行状态转为阻塞，当synchronized获得锁后，由阻塞转为运行，在这种情况可以调用wait方法转为挂起状态，当线程关联的代码执行完后，线程变为结束状态。

3）、特点：在多线程OS中，通常是在一个进程中包括多个线程，每个线程都是作为利用CPU的基本单位，是花费最小开销的实体。线程具有以下属性。
a）轻型实体
线程中的实体基本上不拥有系统资源，只是有一点必不可少的、能保证独立运行的资源，比如，在每个线程中都应具有一个用于控制线程运行的线程控制块TCB，用于指示被执行指令序列的程序计数器、保留局部变量、少数状态参数和返回地址等的一组寄存器和堆栈。
b）独立调度和分派的基本单位
在多线程OS中，线程是能独立运行的基本单位，因而也是独立调度和分派的基本单位。由于线程很“轻”，故线程的切换非常迅速且开销小。
c）可并发执行
在一个进程中的多个线程之间，可以并发执行，甚至允许在一个进程中所有线程都能并发执行；同样，不同进程中的线程也能并发执行。
d）共享进程资源
在同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源，这首先表现在：所有线程都具有相同的地址空间（进程的地址空间），这意味着，线程可以访问该地址空间的每一个虚地址；此外，还可以访问进程所拥有的已打开文件、定时器、信号量机构等。

2、线程与进程的区别

线程和进程的区别在于：子进程和父进程有相同的代码段，不同的数据段，而多个线程则共享数据空间，每个线程有自己的执行堆栈和程序计数器为其执行上下文。多线程主要是为了节约CPU时间，发挥利用，根据具体情况而定。线程的运行中需要使用计算机的内存资源和CPU。通常在一个进程中可以包含若干个线程，它们可以利用进程所拥有的资源。在引入线程的操作系统中，通常都是把进程作为分配资源的基本单位，而把线程作为独立运行和独立调度的基本单位。由于线程比进程更小，基本上不拥有系统资源，故对它的调度所付出的开销就会小得多，能更高效的提高系统内多个程序间并发执行的程度，从而显著提高系统资源的利用率和吞吐量。

线程与进程的区别可以归纳为以下四点：
1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间相互独立，同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见。
2）通信：进程间通信IPC，线程间可以直接读写进程数据段（如全局变量）来进行通信——需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
3）调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。
4）在多线程OS中，进程不是一个可执行的实体。
同时系统引入线程的好处：
1）创建一个新线程花费的时间少。
2）两个线程（在同一进程中的）的切换时间少。
3）由于同一个进程内的线程共享内存和文件，所以线程之间互相通信不必调用内核。
4）线程能独立执行，能充分利用和发挥处理机与外围设备并行工作的能力。

3、多线程有几种实现方法

多线程
    1. 继承 Thread 类
    2. 实现 Runnable 接口再 new Thread(YourRunnableOjbect)

线程同步
    1. 用 synchronized 修饰需要同步的方法 
    2. 用 synchronized 块包围需要同步的语句 
    3. 使用 java.util.concurrent 包中的各种同步锁

4、多线程同步和互斥有几种实现方法

线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。顾名思义，内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。
用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件，信号量，互斥量。

详解各个线程同步和互斥方法：
临界区（Critical Section） 
保证在某一时刻只有一个线程能访问数据的简便办法。在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问。如果有多个线程试图同时访问临界区，那么在有一个线程进入后其他所有试图访问此临界区的线程将被挂起，并一直持续到进入临界区的线程离开。临界区在被释放后，其他线程可以继续抢占，并以此达到用原子方式操作共享资源的目的。
临界区包含两个操作原语：
EnterCriticalSection（）进入临界区 
LeaveCriticalSection（）离开临界区 
EnterCriticalSection（）语句执行后代码将进入临界区以后无论发生什么，必须确保与之匹配的LeaveCriticalSection（）都能够被执行到。否则临界区保护的共享资源将永远不会被释放。虽然临界区同步速度很快，但却只能用来同步本进程内的线程，而不可用来同步多个进程中的线程。MFC为临界区提供有一个CCriticalSection类，使用该类进行线程同步处理是很简单的。只需在线程函数中用CCriticalSection类成员函数Lock（）和UnLock（）标定出被保护代码片段即可。Lock（）后代码用到的资源自动被视为临界区内的资源被保护。UnLock后别的线程才能访问这些资源。

事件（Event） 
事件对象也可以通过通知操作的方式来保持线程的同步。并且可以实现不同进程中的线程同步操作。

　事件包含的几个操作原语： 

　　CreateEvent（） 创建一个事件 
　　OpenEvent（） 打开一个事件 
　　SetEvent（） 回置事件 
　　WaitForSingleObject（） 等待一个事件 
　　WaitForMultipleObjects（）　等待多个事件

事件能够实现不同进程中的线程同步操作，并且能够方便的实现多个线程的优先比较等待操作，例如写多个WaitForSingleObject来代替WaitForMultipleObjects从而使编程更加灵活。

互斥量（Mutex） 
互斥量跟临界区很相似，只有拥有互斥对象的线程才具有访问资源的权限，由于互斥对象只有一个，因此就决定了任何情况下此共享资源都不会同时被多个线程所访问。当前占据资源的线程在任务处理完后应将拥有的互斥对象交出，以便其他线程在获得后得以访问资源。互斥量比临界区复杂。因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。

　互斥量包含的几个操作原语： 
　　CreateMutex（） 创建一个互斥量 
　　OpenMutex（） 打开一个互斥量 
　　ReleaseMutex（） 释放互斥量 
　　WaitForMultipleObjects（） 等待互斥量对象 .. 

　同样MFC为互斥量提供有一个CMutex类。

信号量（Semaphores） 
信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源，这与操作系统中的PV操作相同。它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。

在用CreateSemaphore（）创建信号量时即要同时指出允许的最大资源计数和当前可用资源计数。一般是将当前可用资源计数配置为最大资源计数，每增加一个线程对共享资源的访问，当前可用资源计数就会减1，只要当前可用资源计数是大于0的，就能够发出信号量信号。但是当前可用计数减小到0时则说明当前占用资源的线程数已达到了所允许的最大数目，不能在允许其他线程的进入，此时的信号量信号将无法发出。线程在处理完共享资源后，应在离开的同时通过ReleaseSemaphore（）函数将当前可用资源计数加1。在任何时候当前可用资源计数决不可能大于最大资源计数。

　　信号量包含的几个操作原语： 
　　CreateSemaphore（） 创建一个信号量 
　　OpenSemaphore（） 打开一个信号量 
　　ReleaseSemaphore（） 释放信号量 
　　WaitForSingleObject（） 等待信号量

　信号量的使用特点使其更适用于对Socket（套接字）程式中线程的同步。例如，网络上的HTTP服务器要对同一时间内访问同一页面的用户数加以限制，这时能够为每一个用户对服务器的页面请求配置一个线程，而页面则是待保护的共享资源，通过使用信号量对线程的同步作用能够确保在任一时刻无论有多少用户对某一页面进行访问，只有不大于设定的最大用户数目的线程能够进行访问，而其他的访问企图则被挂起，只有在有用户退出对此页面的访问后才有可能进入。