【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

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| | 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。

cpp 复制代码

// 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

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

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

cpp 复制代码

 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：

cpp 复制代码

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;

cpp 复制代码

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