线程的简述Thread

时间:2023-03-08 23:11:00
线程的简述Thread

为什么有进程?

原来操作系统只能处理一件任务,有了进程就可以让操作系统处理多个任务。因为进程与进程之间是完全隔离的,涉及到了内存空间、数据的切换,所以就有了进程的概念。

已经有了进程,为什么还要线程?

线程有以下缺陷:

1,线程在同一时间只能干同一件事儿。

2,线程在执行任务的过程遇到阻塞,比如对等待输入,整个进程就会挂起,即使进程中有些任务不依赖数据的输入,也将无法执行。

比如学生上课学习,耳朵需要听课,手需要记笔记,大脑需要思考,这三件事都需要同时进行。

再比如老师,需要讲课,需要写到黑板上,需要思考,如果遇到问题,阻塞住了,只能等待,就不能干其他事儿。

因此引入了轻量级进程就是线程。

进程是资源分配的最小单位,线程使cpu调度的最小单位。每个进程最少有一个进程。

线程的特点:

1,轻型实体

线程中的实体基本上不拥有系统资源,只需要一点必不可少、保证独立运行的资源。

线程的实体包括:程序、数据、TCB。线程是动态概念,特德动态特性由线程控制块TCB(Thread Control Block)描述。

TCB包括以下信息:

1,线程状态
2,当线程不运行时,被保存的现场资源
3,一组执行堆栈
4,存放每个线程的局部变量主存区
5,访问同一进程中的主存和其他资源
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

2,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,所以线程的切换非常迅速且开销小(在统一进程之中)。

3,共享进程资源。

同一进程中的所有线程拥有相同的进程id,这意味着线程可以访问该进程的每一个内存资源;此外线程还可以访问进程打开的文件、定时器、信号量机构等。由于同一个进程的线程共享内存和文件,所以线程之间通信不必调用内核。

4,可并发执行。

相同进程中的线程可以并发执行,甚至允许所有线程都并发。

同样,拨通进程中的线程也能并发执行,充分利用和发挥了处理机和外围设备并行工作的能力。

线程的使用场景:

开启一个字处理软件进程,该进程肯定需要办不止一件事情,比如监听键盘输入,处理文字,定时自动将文字保存到硬盘,这三个任务操作的都是同一块数据,因而不能用多进程。只能在一个进程里并发地开启三个线程,如果是单线程,那就只能是,键盘输入时,不能处理文字和自动保存,自动保存时又不能输入和处理文字。

进程之间是竞争的,线程之间是合作的。

线程也是有问题的:

1,父进程有多个线程,当开启子进程是否需要同样多的线程

2,在同一进程中,如果一个线程关闭了文件,而另外一个线程正准备往该文件内些内容呢

所以,在多线程的代码中,需要更多的心思来设计程序的逻辑、保护程序的数据。

线程和Python

Python代码的执行由Python虚拟机(也叫解释器主循环)来控制。Python在设计之初就考虑到要在主循环中,同时只有一个线程在执行。虽然 Python 解释器中可以“运行”多个线程,但在任意时刻只有一个线程在解释器中运行。
  对Python虚拟机的访问由全局解释器锁(GIL)来控制,正是这个锁能保证同一时刻只有一个线程在运行。

在多线程环境中,Python虚拟机按以下方式执行:

1,设置GIL

2,切换到一个线程去执行

3,运行指定数量的字节码或者线程主动让出控制(可以调用time.sleep())

4,把线程设置成睡眠状态

5,解锁GIL

6,再次重复以上所有代码