線程

最小的编程指令序列由调度器可以独立管理

線程(英語:thread)在電腦科學中,是將行程劃分為兩個或多個線程(實例)或子行程,由單處理器(單線程)或多處理器(多線程)或多核處理系統並行執行。

「線程」的各地常用名稱
中國大陸線程
臺灣執行緒
港澳線程

狀態

線程有四種基本狀態,分別為:

  • 產生(spawn
  • 阻塞(block
  • 非阻塞(unblock
  • 結束(finish

線程包含要素

  • 線程內核對象(thread kernel object)
  • 線程環境塊(thread environment block, TEB)
  • 用戶模式棧(user-mode stack)(unblock
  • 內核模式棧(kernal-mode stack)(thread environment block, TEB)
  • DLL線程連接(attach)和線程分離(detach)通知(kernal-mode stack)

不同平台的線程

UNIX International線程

UNIX International線程簡介

SUN Solaris作業系統使用的線程叫做UNIX International線程,支援內核線程、輕權行程和用戶線程。一個行程可有大量用戶線程;大量用戶線程復用少量的輕權行程,輕權行程與內核線程一一對應。用戶級線程在呼叫核心服務時(如檔案讀寫),需要「捆綁(bound)」在一個LWP上。永久捆綁(一個LWP固定被一個用戶級線程佔用,該LWP移到LWP池之外)和臨時捆綁(從LWP池中臨時分配一個未被佔用的LWP)。在呼叫系統服務時,如果所有LWP已被其他用戶級線程所佔用(捆綁),則該線程阻塞直到有可用的LWP。如果LWP執行系統線程時阻塞(如read()呼叫),則當前捆綁在LWP上的用戶級線程也阻塞。

UNIX International線程的有關API

UNIX International線程的標頭檔是<thread.h>[1]

建立用戶級線程
int thr_create(void * stack_base, size_t stack_size, void *(*start_routinevoid *), void * arg, long flags, thread_t * new_thr);

其中flags包括:THR_BOUND(永久捆綁), THR_NEW_LWP(新增LWP放入LWP池),若兩者同時指定則建立兩個新LWP,一個永久捆綁而另一個放入LWP池。

等待用戶級線程
int thr_join(thread_t wait_for, thread_t *dead, void **status);
掛起用戶級線程
int thr_suspend(thread_t thr);
繼續用戶級線程
int thr_continue(thread_t thr);
退出用戶級線程
void thr_exit(void *status);
返回當前用戶級線程的線程識別碼
thread_t thr_self( void );

POSIX線程

POSIX線程簡介

POSIX線程(POSIX threads),簡稱Pthreads,是線程的POSIX標準。該標準定義了建立和操縱線程的一整套API。在類Unix作業系統(UnixLinuxMac OS X等)中,都使用Pthreads作為作業系統的線程[2][3][4]Windows作業系統也有其移植版pthreads-win32[5]

POSIX線程的有關API

Pthreads線程的標頭檔是<pthread.h>[6][7]

建立用戶線程
int pthread_create(pthread_t * thread, const pthread_attr_t * attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
等待用戶線程
int pthread_join(pthread_t thread, void ** retval);
退出用戶線程
void pthread_exit(void *retval);
返回當前用戶線程的線程識別碼
pthread_t pthread_self(void);
用戶線程的取消
int pthread_cancel(pthread_t thread);

Win32線程

Win32線程簡介

Win32線程是Windows API的一部分,上下文包括:暫存器、核心棧、線程環境塊和用戶棧。

Win32線程的有關API

Win32線程的標頭檔是<Windows.h>,僅適用於Windows作業系統。[8]

建立用戶線程
HANDLE WINAPI CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, SIZE_T dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId);
結束本線程
VOID WINAPI ExitThread(DWORD dwExitCode);
掛起指定的線程
DWORD WINAPI SuspendThread( HANDLE hThread );
恢復指定線程執行
DWORD WINAPI ResumeThread(HANDLE hThread);
等待線程執行完畢
DWORD WINAPI WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);
返回當前線程的線程識別碼
DWORD WINAPI GetCurrentThreadId(void);
返回當前線程的線程控制代碼
HANDLE WINAPI GetCurrentThread(void);

跨平台的線程

C++11線程

C++11線程簡介

2011年8月12日,國際標準化組織(ISO)發佈了第三個C++標準,即ISO/IEC 14882:2011,簡稱ISO C++ 11標準。該標準第一次把線程的概念引入C++標準庫。Windows平台執行的VS2012Linux平台執行的g++4.7,都完美支援C++11線程。

C++11線程的有關函數

C++ 11線程的標頭檔是<thread>[9]

建立線程
std::thread::thread(Function&& f, Args&&... args);
等待線程結束
std::thread::join();
脫離線程控制
std::thread::detach();
交換線程
std::thread::swap(thread& other);

C11線程

C11線程簡介

2011年12月8日,國際標準化組織(ISO)發佈了第三個C語言標準,即ISO 9899:2011,簡稱ISO C 11標準。該標準第一次把線程的概念引入C語言標準庫。

C11線程僅僅是個「建議標準」,也就是說100%遵守C11標準的C編譯器是可以不支援C11線程的。根據C11標準的規定,只要編譯器預定義了 __STDC_NO_THREADS__(C11),就可以沒有<threads.h>標頭檔,自然也就也沒有下列函數。

C11線程的有關函數

C11線程的標頭檔是<threads.h>[10]

建立線程
int thrd_create(thrd_t *thr, thrd_start_t func, void *arg);
結束本線程
_Noreturn void thrd_exit( int res );
等待線程執行完畢
int thrd_join(thrd_t thr, int *res);
返回當前線程的線程識別碼
thrd_t thrd_current();

Java線程

  1. 最簡單的情況是,Thread/Runnablerun()方法執行完畢,自行終止。
  2. 對於更複雜的情況,比如有迴圈,則可以增加終止標記變數和任務終止的檢查點。
  3. 最常見的情況,也是為了解決阻塞不能執行檢查點的問題,用中斷來結束線程,但中斷只是請求,並不能完全保證線程被終止,需要執行線程協同處理。
  4. IO阻塞和等鎖情況下需要通過特殊方式進行處理。
  5. 使用Future類的cancel()方法呼叫。
  6. 呼叫線程池執行器的shutdown()shutdownNow()方法。
  7. 守護線程會在非守護線程都結束時自動終止。
  8. Thread有stop()方法,但已不推薦使用。

參見

參考資料

  1. ^ Novell Doc: NDK: Libraries for C (LibC), Volume 2 - UI Thread Functions頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), NOVELL Worldwide
  2. ^ pthreads (7) 互聯網檔案館存檔,存檔日期2013-10-08., UNIX man pages
  3. ^ pthreads (7)頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), Linux manual page
  4. ^ pthread (3) Mac OS X Developer Tools Manual Page頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), Apple Developer
  5. ^ POSIX Threads (pthreads) for Win32頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), sourceware.org: Free software! Get your fresh hot free software!
  6. ^ PTHREAD_CREATE頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), Linux Man Pages
  7. ^ POSIX Threads Programming頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), High Performance Computing: High Performance Computing
  8. ^ Multiple Threads (Windows)頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), MSDN-the microsoft developer network
  9. ^ std::thread頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), cppreference.com
  10. ^ Thread support library頁面存檔備份,存於互聯網檔案館), cppreference.com