多线程及其同步
多线程实现的原理
多线程实现的原理多线程主要是为了提高计算机程序的执行效率，它可以使程序同时进行多个任务，而不像单线程一样需要等待当前的任务完成以后才能执行下一个任务。
多线程是一种并发编程技术，许多编程语言都支持多线程编程，例如Java、Python等。
多线程实现的基本原理是利用CPU的时间片轮转算法，CPU可以快速地在多个线程之间进行切换，从而实现多个线程同时执行的效果。
接下来，我们将分步骤阐述多线程实现的原理：1. 线程的创建：在程序开始运行时，创建一个主线程。
如果需要使用多线程，可以在主线程内创建多个子线程。
2. 线程的调度：每个线程都会被分配一个时间片，当某个线程的时间片用完时，操作系统会将该线程置于等待状态，同时将 CPU 分配给其他线程。
等待状态的线程会进入操作系统的等待队列等待下一次执行。
3. 线程的同步：多个线程之间要共享数据，就需要进行线程同步。
线程同步可以通过互斥锁、信号量、条件变量等方式进行实现。
4. 线程的销毁：线程的结束是由操作系统负责的。
当某个线程完成任务后，操作系统会将该线程从运行状态转变为终止状态，并清除该线程占用的系统资源。
5. 线程的优先级：每个线程都有一个优先级，优先级较高的线程会先被执行。
线程的优先级可以通过设置线程优先级的方式进行调整。
总结起来，多线程实现的原理就是利用操作系统的时间片轮转算法实现线程的调度。
多个线程之间共享数据需要进行线程同步，线程的创建和销毁由操作系统负责。
线程的优先级可以通过设置线程优先级的方式进行调整。
在实际的程序开发中，多线程可以提高程序的执行效率，但也需要注意线程安全的问题，避免发生数据竞争等问题。
因此，在使用多线程时需要仔细考虑线程的同步与锁的使用，以确保程序的正确性和稳定性。
线程同步的方法有哪些
线程同步的方法有哪些线程同步是多线程编程中非常重要的一个概念，它是指多个线程在访问共享资源时，为了避免出现数据不一致或者冲突的情况，需要对线程进行协调和同步。
在实际的开发中，我们常常会遇到需要进行线程同步的情况，因此了解线程同步的方法是非常重要的。
本文将介绍几种常见的线程同步方法，希望能够帮助大家更好地理解和应用线程同步。
1. 互斥锁。
互斥锁是最常见的线程同步方法之一。
它通过对共享资源加锁的方式，保证同一时间只有一个线程可以访问该资源，其他线程需要等待锁的释放才能访问。
互斥锁可以使用操作系统提供的原子操作指令来实现，也可以使用编程语言提供的锁机制来实现，如Java中的synchronized关键字。
2. 信号量。
信号量是另一种常见的线程同步方法。
它可以用来控制对共享资源的访问权限，通过对信号量的值进行操作来实现线程的同步。
当信号量的值大于0时，表示资源可用，线程可以访问；当信号量的值等于0时，表示资源不可用，线程需要等待。
信号量的实现可以使用操作系统提供的信号量机制，也可以使用编程语言提供的信号量类来实现。
3. 条件变量。
条件变量是一种线程同步的高级方法，它可以用来在多个线程之间传递信息和控制线程的执行顺序。
条件变量通常和互斥锁一起使用，当共享资源的状态发生变化时，可以通过条件变量来通知等待的线程。
条件变量的实现通常需要依赖于操作系统提供的条件变量机制或者编程语言提供的条件变量类。
4. 读写锁。
读写锁是一种特殊的互斥锁，它可以提高对共享资源的并发访问性能。
读写锁允许多个线程同时对共享资源进行读操作，但是在进行写操作时需要互斥访问。
通过读写锁，可以有效地提高对共享资源的并发性能，适用于读操作频繁、写操作较少的场景。
5. 原子操作。
原子操作是一种特殊的指令序列，它可以保证在多线程环境下对共享资源的操作是原子性的，不会被中断。
原子操作通常由硬件提供支持，可以保证在执行过程中不会被其他线程打断，从而保证对共享资源的操作是线程安全的。
C#中的多线程-同步基础
C#中的多线程-同步基础C#中的多线程 - 同步基础1同步概要在第 1 部分：基础知识中，我们描述了如何在线程上启动任务、配置线程以及双向传递数据。
同时也说明了局部变量对于线程来说是私有的，以及引⽤是如何在线程之间共享，允许其通过公共字段进⾏通信。
下⼀步是同步（synchronization）：为期望的结果协调线程的⾏为。
当多个线程访问同⼀个数据时，同步尤其重要，但是这是⼀件⾮常容易搞砸的事情。
同步构造可以分为以下四类：简单的阻塞⽅法这些⽅法会使当前线程等待另⼀个线程结束或是⾃⼰等待⼀段时间。
Sleep、Join与Task.Wait都是简单的阻塞⽅法。
锁构造锁构造能够限制每次可以执⾏某些动作或是执⾏某段代码的线程数量。
排它锁构造是最常见的，它每次只允许⼀个线程执⾏，从⽽可以使得参与竞争的线程在访问公共数据时不会彼此⼲扰。
标准的排它锁构造是lock（Monitor.Enter/Monitor.Exit）、Mutex与 SpinLock。
⾮排它锁构造是Semaphore、SemaphoreSlim以及读写锁。
信号构造信号构造可以使⼀个线程暂停，直到接收到另⼀个线程的通知，避免了低效的轮询。
有两种经常使⽤的信号设施：事件等待句柄（event wait handle ）和Monitor类的Wait / Pluse⽅法。
Framework 4.0 加⼊了CountdownEvent与Barrier类。
⾮阻塞同步构造⾮阻塞同步构造通过调⽤处理器指令来保护对公共字段的访问。
CLR 与 C# 提供了下列⾮阻塞构造：Thread.MemoryBarrier 、Thread.VolatileRead、Thread.VolatileWrite、volatile关键字以及Interlocked类。
阻塞这个概念对于前三类来说都⾮常重要，接下来我们简要的剖析下它。
1.1阻塞当线程的执⾏由于某些原因被暂停，⽐如调⽤Sleep等待⼀段时间，或者通过Join或EndInvoke⽅法等待其它线程结束时，则认为此线程被阻塞（blocked）。
多线程同步的实现方法
多线程同步的实现方法在多线程编程中，为了保证数据的正确性和程序的稳定性，需要使用同步机制来控制不同线程之间对共享资源的访问。
本文将介绍几种常见的多线程同步实现方法。
一、互斥锁互斥锁是最基本也是最常用的一种同步机制。
它通过对共享资源加锁来防止其他线程同时访问该资源，从而避免数据竞争和冲突问题。
当一个线程获得了该锁后，其他想要访问该资源的线程就必须等待其释放锁才能进行操作。
在C++11标准中提供了std::mutex类作为互斥量，在使用时可以调用lock()函数获取锁并执行相应操作，再调用unlock()函数释放锁。
需要注意的是，在使用时应尽可能缩小临界区范围以提高效率，并确保所有涉及到共享资源修改或读取操作都被包含在临界区内。
二、条件变量条件变量通常与互斥锁结合起来使用，用于协调不同线程之间对某个事件或状态变化进行响应和处理。
当某个条件满足时（如队列非空），唤醒等待该条件变量上阻塞着的一个或多个进入等待状态（wait）的进程，使其重新参与竞争获取所需资源。
C++11标准库中提供了std::condition_variable类作为条件变量，在使用前需要先创建一个std::unique_lock对象并传递给wait()函数以自动解除已有lock对象，并将当前进入等待状态直至被唤醒；notify_one() 和 notify_all() 函数则分别用于唤醒单个或全部处于等待状态下面向此条件变量发出请求者。
三、信号量信号量是一种更复杂但功能更强大的同步机制。
它通过计数器记录可用资源数量，并根据计数器值判断是否允许新建任务运行或者挂起正在运行任务以便其他任务可以获得所需资源。
其中P(Proberen)表示申请/获取信号灯, V(Verhogen)表示释放/归还信号灯.C++11标准库没有直接支持Semaphore,但我们可以利用mutex+condition_variable模拟实现Semaphore. 其核心思想就是：定义两个成员属性count_ 和 mutex_, count_ 表示当前可申请 Semaphore 的数量 , mutex_ 是 std::mutex 类型 , 定义两个成员方法 wait(), signal(). 四、原子操作原子操作指不能被打断、干扰或交错执行影响结果正确性的操作。
【Java_基础】并发、并行、同步、异步、多线程的区别
【Java_基础】并发、并⾏、同步、异步、多线程的区别1. 并发：位于同⼀个处理器上的多个已开启未完成的线程，在任意⼀时刻系统调度只能让⼀个线程获得CPU资源运⾏，虽然这种调度机制有多种形式(⼤多数是以时间⽚轮巡为主)。
但⽆论如何，都是通过不断切换需要运⾏的线程让其运⾏的⽅式就叫并发(concurrent)。
并发的线程之间有两种关系：同步、互斥。
2. 并⾏：在多CPU系统中，可以让两个以上的线程同时运⾏，这种可以同时让两个以上线程同时运⾏的⽅式叫做并⾏(parallel)。
来个⽐喻：并发和并⾏的区别就是⼀个⼈同时吃三个馒头和三个⼈同时吃三个馒头3. 同步：并发线程之间的⼀种相互依赖关系，进⼀步的说明就是前⼀个进程的输出作为后⼀个进程的输⼊，当第⼀个进程没有输出时第⼆个进程必须等待。
具有同步关系的⼀组并发进程相互发送的信息称为消息或事件。
并发进程之间的另⼀种关系就是临界资源互斥。
4. 异步：和同步相对，同步进程间是顺序执⾏相互依赖的，⽽异步进程间是彼此独⽴的。
在进程处理其它事情（如读取数据）期间，CPU不是空等它的完成，⽽是继续处理其它进程。
线程是实现异步的⼀个⽅式。
5. 多线程：多线程是进程中并发运⾏的⼀段代码，能够实现线程之间的切换执⾏，是实现异步的⼿段。
异步和多线程：不是同等关系，异步是⽬的，多线程只是实现异步的⼀个⼿段，实现异步可以采⽤多线程技术或者交给其他进程来处理。
异步操作的本质：所有的程序最终都会由计算机硬件来执⾏，所以为了更好的理解异步操作的本质，我们有必要了解⼀下它的硬件基础。
熟悉电脑硬件的朋友肯定对DMA这个词不陌⽣，硬盘、光驱的技术规格中都有明确DMA的模式指标，其实⽹卡、声卡、显卡也是有DMA功能的。
DMA就是直接内存访问的意思，也就是说，拥有DMA功能的硬件在和内存进⾏数据交换的时候可以不消耗CPU资源。
只要CPU在发起数据传输时发送⼀个指令给DMA，硬件就开始⾃⼰和内存交换数据，在传输完成之后硬件会触发⼀个中断来通知CPU数据传输完成。
多线程中线程的同步及其应用
／ 如果有活动的作者或读者，则将此作者加＾队列 ，
吼 １ １ ｇ ｝＿ ｒ ＋ ｔ ｎ＿ ｔ ＋ ． Ｒ ｌ 曲 ｔ ｕｔ ． ｅｅ 旺 ｅ
不不互相排斥 当一个线程想更新股票价格时，我们就必须 保证此 时没有线程读取或改写这个价格 。
Ｔｔ － ＝￣ຫໍສະໝຸດ 袁一 ：弃取共事数据的读写战程
为了 进一步说 明多个读者一个作者的问 ．表一列 出了 题 五个读 者和 两个 作者 的到达 时间 ． 假设每 个读 操作 耗 时 ４ ｍ ，每个写操作耗时 ５ ｍ 。图八演示了这个过程 。 ０ｓ ０ｓ
Ｒ ｌｓ ｓｅｓ ｈｃ （ｌｃｅ Ｗ ｉｅ ｓ ．呲 ｅ ｅ ｓ ｍｐ ￣ ｅｂ ｏｋｄ ｒ ｔ￣ ，１ Ｓ １
Ｒ ｌｅ ｅ ｕｅ （ｕ ｅ）． ｅｅ ｓ￣ ｔ ｉｍｔ ｚ
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， 没有活动的读者或作者，开始写摊怍 ，
ａ ｔ ｖ ￣ ｉ ｅ ｓ ＝ １ ｃ ｉｄ ｒｔ ｒ ：
Ｒ ｌ ｄ ｎｅ ｔ ． ｅｅ ＾ ｘ ｅ
ｅｓ－ ｌｅ
须等下一个读操作阶段到来 。Ｒ Ｒ 执行完之后，ｗ 开始 ３和 ４ ２
执 行 ，最 后 Ｒ５执 行 。 下面我们采用互斥锁和信号量实现 这个过程 。在读数据 之前， 每个允许执行的读者线程调用函数 ｓａｔｒ ａｉｇ ， ｔｒ ｅｄｎ 完 成之后调用 ｓｏ ｅ ｄｎ ｔｐ ｒａ ｉｇ，此时就可以执行作者线程 。同样， 作者线程调用 ｓａｔｗ ｉ ｉｇ和 ｓｏ ｒ ｔｎ 来表明线程 的 ｔ ｒ ｒ ｔｎ ｔｐｗ ｉｉｇ 开始和结束。下面的程序实现 了这个过程 ：
多线程同步的几种方法
多线程同步的几种方法
多线程同步的几种方法主要包括临界区、互斥量、信号量、事件和读写锁等。
这些方法可以有效地控制多个线程对共享资源的访问，避免出现数据不一致和线程冲突的问题。
1．临界区：通过临界区实现多个线程对某一公共资源或一段代码的串行访问，可以保证某一时刻只有一个线程访问某一资源，速度快，适合控制数据的访问。
2．互斥量：互斥量是最简单的同步机制，即互斥锁。
多个进程（线程）均可以访问到一个互斥量，通过对互斥量加锁，从而来保护一个临界区，防止其它进程（线程）同时进入临界区，保护临界资源互斥访问。
3．信号量：信号量可以控制有限用户对同一资源的的访问而设计。
4．事件：通过通知线程的有一些事件已经发生，从而可以启动后续的任务执行。
5．读写锁：读写锁适合于使用在读操作多、写操作少的情况，比如数据库。
读写锁读锁可以同时加很多，但是写锁是互斥的。
当有进程或者线程要写时，必须等待所有的读进程或者线程都释放自己的读锁方可以写。
数据库很多时候可能只是做一些查询。
以上信息仅供参考，如有需要，建议咨询专业编程技术
人员。
多线程之线程同步的方法（7种）
多线程之线程同步的⽅法（7种）同步的⽅法：⼀、同步⽅法 即有synchronized关键字修饰的⽅法。
由于java的每个对象都有⼀个内置锁，当⽤此关键字修饰⽅法时，内置锁会保护整个⽅法。
在调⽤该⽅法前，需要获得内置锁，否则就处于阻塞状态。
注： synchronized关键字也可以修饰静态⽅法，此时如果调⽤该静态⽅法，将会锁住整个类。
⼆、同步代码块 即有synchronized关键字修饰的语句块。
被该关键字修饰的语句块会⾃动被加上内置锁，从⽽实现同步代码如：synchronized(object){}注：同步是⼀种⾼开销的操作，因此应该尽量减少同步的内容。
通常没有必要同步整个⽅法，使⽤synchronized代码块同步关键代码即可。
package com.xhj.thread;/*** 线程同步的运⽤** @author XIEHEJUN**/public class SynchronizedThread {class Bank {private int account = 100;public int getAccount() {return account;}/*** ⽤同步⽅法实现** @param money*/public synchronized void save(int money) {account += money;}/*** ⽤同步代码块实现** @param money*/public void save1(int money) {synchronized (this) {account += money;}}}class NewThread implements Runnable {private Bank bank;public NewThread(Bank bank) {this.bank = bank;}@Overridepublic void run() {for (int i = 0; i < 10; i++) {// bank.save1(10);bank.save(10);System.out.println(i + "账户余额为：" + bank.getAccount());}}}/*** 建⽴线程，调⽤内部类*/public void useThread() {Bank bank = new Bank();NewThread new_thread = new NewThread(bank);System.out.println("线程1");Thread thread1 = new Thread(new_thread);thread1.start();System.out.println("线程2");Thread thread2 = new Thread(new_thread);thread2.start();}public static void main(String[] args) {SynchronizedThread st = new SynchronizedThread();eThread();}}=====================================⽰例加讲解同步是多线程中的重要概念。
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（2）/MT和/MTd表示采用多线程运行时库的静态lib版本。该选项会在 编译时将运行时库以静态lib的形式完全嵌入。该选项生成的可执行文
件运行时不需要运行时库dll的参加，会获得轻微的性能提升，但最终
生成的二进制代码因链入庞大的运行时库实现而变得非常臃肿。
（3）/MD和/MDd表示采用多线程运行时库的动态dll版本，该方式不会
要说明的一点是，对于单核处理器（CPU） 的计算机，操作系统给每个线程分配不同的 CPU时间片，在某一个时刻，CPU只执行一 个时间片内的线程，多个时间片中的相应线 程在CPU内轮流执行，由于每个时间片时间 很短，所以对用户来说，仿佛各个线程在计 算机中是并行处理的。操作系统根据线程的 优先级来安排CPU的时间，优先级高的线程 优先运行，优先级低的线程则继续等待。
将运行时库链接到可执行文件内部，只在运行时才调用，所以可有效
减少可执行文件尺寸。当多项目以MD方式运作时，其内部会采用同一 个堆，内存管理将被简化，跨模块内存管理问题也能得到缓解。
线程函数的定义
DWORD WINAPI ThreadProc(LPVOID lpParam); WINAPI是一个宏名，在 windef.h文件中有如下的声明： #define WINAPI __stdcall __stdcall 是Windows标准 C/C++函数的调用方法。从底层上说， 使用这种调用方法，参数的进栈顺序和标准 C调用（__cdecl 方 法）是一样的，都是从右到左，但是__stdcall 采用自动清栈的 方式，而__cdecl 采用的是手工清栈方式，并且函数名自动加前 导的下划线。 Windows 规定，凡是由它来负责调用的函数都必须定义为 __stdcall 类型。 ThreadProc是一个回调函数，即由Windows系统来负责调用的函 数，所以此函数应定义为__stdcall类型。另外，如果没有显式说 明的话，函数的调用方法默认是__cdecl。
线程上下文
线程的上下文本质上是一组处理器的寄存器，上下文 及其转换的过程根据处理器的结构不同会有所不同。 大约每经 20ms，Windows 查看一次当前存在的所有 线程内核对象。在这些对象中，只有少部分是可调度 的（没有处于暂停状态），Windows 选择其中的一个 内核对象，将它的CONTEXT（上下文）装入 CPU的 寄存器，这一过程称为上下文切换。 用户可调用GetThreadContext查看当前线程的用户模 式的上下文信息；调用SetThreadContext改变线程上 下文，待下次调度进CPU时生效。其中，ContextFlags 参数,通过异或掩码指定欲查看的寄存器。 KTHREAD::ContextSwitches为线程已切换的次数。
Release模式。
多线程版本的重大改变是，第一，一些全局变量如errno ，现在变成每个执行线 程各拥有一个。第二，多线程版中的数据结构以同步机制加以保护。
Visual C++共提供的6个运行时库
Reusable Library （可用函数库版本） Switch （编译选项） Library （库） Macro(s) Defined （宏定义）
参数说明：
参数1：为线程的安全属性，一般设为NULL，表示使用默认安全属性。 参数2：为线程堆栈大小，一般设为NULL，表示使用默认堆栈大小， 对应VC的/STACK:链接器选项。VC6默认的堆栈大小为1M，可通过 “Project Settingsà Linkà Stack allocations”设臵堆栈大小；VC2005中，可 在“项目属性à 配臵属性à 链接器à 系统”中设臵堆栈大小。 参数3：为线程函数的地址，传递函数指针或函数名ThreadProc。 参数4：为传递给线程函数的参数，即ThreadProc的参数。其为 LPVOID类型，对复杂的参数采用结构体或类按址传递。 参数5：为线程创建参数，例如线程创建后是否立即启动的开关选项。 参数6：为内核给新创建的线程分配的线程ID号，为输出参数。 此函数执行成功后，将返回新建线程的线程句柄。lpStartAddress参数 指定了线程函数的地址，新建线程将从此地址开始执行，直到 return 语句返回，线程运行结束，把控制权交给操作系统。
API对线程的支持
Windows创建新线程的API函数是CreateThread，由该函数 创建的线程，将在调用者的虚拟地址空间内执行。函数原 型如下： HANDLE CreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, // SD SIZE_T dwStackSize, // initial stack size LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, // thread function LPVOID lpParameter, // thread argument DWORD dwCreationFlags, // creation option LPDWORD lpThreadId // thread identifier );
Single Threaded（static） MultiThreaded（static） Dynamic Link (DLL) (Multithreaded) Debug SingleThreaded（static） Debug Static MultiThreaded Debug Dynamic Link (DLL) (Multithreaded)
多线程的提出
在没有出现多核CUP之前，我们的计算资源是唯一的，也 就是说，在任一时刻最多只有一个进程可以使用处理机。 如果编写一个耗时的单线程程序：比如，新建一个基于对 话框的应用程序SingleThread，在主对话框添加一个按钮， 标题为“延时6秒”，添加按钮的响应函数，代码如下： void CSingleThreadDlg::OnSleepSixSecond() { Sleep(6000); //延时6秒 } 编译并运行应用程序，单击“延时6秒”按钮，你就会发 现在这6秒期间程序就象“死机”一样，不在响应其它消息。 为了更好地处理这种耗时的操作，便提出了多线程的概念。
使用计数
Usage Count成员记录了线程内核对象的使用计数，这个计数说 明了此内核对象被打开的次数。线程内核对象的存在与 Usage Count 的值息息相关，当这个值是0 的时候，系统就认为已经没 有任何进程在引用此内核对象了，于是线程内核对象就要从内 存中撤销。 只要线程没有结束运行，Usage Count 的值就至少为 1。在创建 一个新的线程时，CreateThread 函数返回了线程内核对象的句 柄，相当于打开一次新创建的内核对象，这也会促使 Usage Count 的值加1。所以创建一个新的线程后，初始状态下 Usage Count 的值是2。之后，只要有进程打开此内核对象，就会使 Usage Count的值加1。比如当有一个进程调用OpenThread函数 打开这个线程内核对象后，Usage Count 的值会再次加 1。由于 对这个函数的调用会使 Usage Count 的值加1，所以在使用完它 们返回的句柄后一定要调用 CloseHandle 函数进行关闭。关闭内 核对象句柄的操作就会使 Usage Count 的值减 1。
/ML /MT
libc.lib libcmt.lib
(none) _MT
/MD
msvcrt.lib
_MT and _DLL
/MLd /MTd
libcd.lib libcmtd.lib
_DEBUG _DEBUG and _MT
/MDd
msvcrtd.lib
_DEBUG, _MT, _DLL
说明
（1）从Visual C++ 2005开始，libcp.lib和libcpd.lib（老的/ML和/MLd选项） 已经被移除。通过/MT和/MTd使用libcpmt.lib和libcpmtd.lib取代。
多线程
用户根据需要在应用程序中创建其它线程，在单个程 序中同时（并发地）运行多个线程完成不同的工作， 称为多线程。
线程2
进程
主
线
程 线程3
一个进程中的所有线程都在该进程的虚拟地址空间中， 共同使用这些虚拟地址空间、全局变量和系统资源， 多线程可以实现并行处理，避免了某项任务长时间占 用CPU时间。
目录
一、线程相关概念（基础理论） 1、程序与进程 2、线程与主线程 3、多线程的提出 4、线程与多线程 5、c/c++程序运行时的内存结构 二、线程之间的同步（机制） （1）临界区（critical section） （2）互斥量（mutexe） （3）信号量（semaphore） 三、API、RTL和MFC对多线程的支持 1、Windows的API函数（CreateThread） 2、MFC中线程创建的MFC函数（AfxBeginThread） 3、MS对C Runtime库的扩展SDK函数（_beginthreadex） 四、实例
线程与主线程
线程：进程内部的一个执行单元，它是程序中一个单 一的顺序控制流程。 系统创建好进程后，实际上就启动执行了该进程的主 执行线程，主执行线程以函数地址形式，比如说main 或WinMain函数，将程序的启动点提供给Windows系 统。主执行线程终止了，进程也就随之终止。 每一个进程至少有一个主执行线程，它无需由用户去 主动创建，是由系统自动创建的。
而不是进程为调度对象效率更高：由于创建新进程必须加载代码，而
线程要执行的代码已经被映射到进程的地址空间，所以创建、执行线 程的速度比进程更快。