多线程和多进程的差别（小结）

大家好，又见面了，我是全栈君，祝每个程序员都可以多学几门语言。

非常想写点关于多进程和多线程的东西，我确实非常爱他们。可是每每想动手写点关于他们的东西，却总是求全心理作祟，始终动不了手。

今天最终下了决心，写点东西，以后能够再修修补补也无妨。

一.为何须要多进程（或者多线程），为何须要并发？

这个问题也许本身都不是个问题。可是对于没有接触过多进程编程的朋友来说，他们确实无法感受到并发的魅力以及必要性。

我想，仅仅要你不是整天都写那种int main()究竟的代码的人，那么或多或少你会遇到代码响应不够用的情况，也应该有尝过并发编程的甜头。就像一个快餐点的服务员，既要在前台接待客户点餐，又要接电话送外卖，没有分身术肯定会忙得你焦头烂额的。幸运的是确实有这么一种技术，让你能够像孙悟空一样分身，灵魂出窍，乐哉乐哉地轻松应付一切状况,这就是多进程/线程技术。

并发技术，就是能够让你在同一时间同一时候运行多条任务的技术。你的代码将不不过从上到下，从左到右这样规规矩矩的一条线运行。你能够一条线在main函数里跟你的客户交流，还有一条线，你早就把你外卖送到了其它客户的手里。

所以，为何须要并发？由于我们须要更强大的功能，提供很多其它的服务，所以并发，不可缺少。

二.多进程

什么是进程。最直观的就是一个个pid,官方的说法就：进程是程序在计算机上的一次运行活动。

说得简单点，以下这段代码运行的时候

int main()

{

printf(”pid is %d/n”,getpid() );

return 0;

}

进入main函数，这就是一个进程，进程pid会打印出来，然后执行到return，该函数就退出，然后因为该函数是该进程的唯一的一次执行，所以return后，该进程也会退出。

看看多进程。linux下创建子进程的调用是fork();

#include <unistd.h>
#include <sys/types.h> 
#include <stdio.h>

 

void print_exit()
{
       printf("the exit pid:%d/n",getpid() );
}

main () 
{ 
   pid_t pid; 
   atexit( print_exit );      //注冊该进程退出时的回调函数
      pid=fork(); 
        if (pid < 0) 
                printf("error in fork!"); 
        else if (pid == 0) 
                printf("i am the child process, my process id is %d/n",getpid()); 
        else 
        {
               printf("i am the parent process, my process id is %d/n",getpid()); 
              sleep(2);
              wait();
       }

}

i am the child process, my process id is 15806
the exit pid:15806
i am the parent process, my process id is 15805
the exit pid:15805

这是gcc測试下的执行结果。

关于fork函数，功能就是产生子进程，因为前面说过，进程就是运行的流程活动。

那么fork产生子进程的表现就是它会返回2次，一次返回0，顺序运行以下的代码。这是子进程。

一次返回子进程的pid，也顺序运行以下的代码，这是父进程。

（为何父进程须要获取子进程的pid呢？这个有非常多原因，当中一个原因：看最后的wait，就知道父进程等待子进程的终结后，处理其task_struct结构，否则会产生僵尸进程,扯远了，有兴趣能够自己google）。

假设fork失败，会返回-1.

额外说下atexit( print_exit ); 须要的參数肯定是函数的调用地址。

这里的print_exit 是函数名还是函数指针呢？答案是函数指针，函数名永远都仅仅是一串没用的字符串。

某本书上的规则：函数名在用于非函数调用的时候，都等效于函数指针。

说到子进程仅仅是一个额外的流程，那他跟父进程的联系和差别是什么呢？

我非常想建议你看看linux内核的注解（有兴趣能够看看，那里才有本质上的了解），总之,fork后，子进程会复制父进程的task_struct结构，并为子进程的堆栈分配物理页。理论上来说，子进程应该完整地复制父进程的堆，栈以及数据空间，可是2者共享正文段。

关于写时复制：因为一般 fork后面都接着exec，所以，如今的 fork都在用写时复制的技术，顾名思意，就是，数据段，堆，栈，一開始并不复制，由父，子进程共享，并将这些内存设置为仅仅读。直到父，子进程一方尝试写这些区域，则内核才为须要改动的那片内存拷贝副本。这样做能够提高 fork的效率。

三.多线程

线程是可运行代码的可分派单元。这个名称来源于“运行的线索”的概念。在基于线程的多任务的环境中，全部进程有至少一个线程，可是它们能够具有多个任务。这意味着单个程序能够并发运行两个或者多个任务。

简而言之，线程就是把一个进程分为非常多片，每一片都能够是一个独立的流程。这已经明显不同于多进程了，进程是一个拷贝的流程，而线程不过把一条河流截成非常多条小溪。它没有拷贝这些额外的开销，可是不过现存的一条河流，就被多线程技术差点儿无开销地转成非常多条小流程，它的伟大就在于它少之又少的系统开销。（当然伟大的后面又引发了重入性等种种问题，这个后面慢慢比較）。

还是先看linux提供的多线程的系统调用：

int pthread_create(pthread_t *restrict tidp,
                   const pthread_attr_t *restrict attr,
                   void *(*start_rtn)(void),
                   void *restrict arg);

Returns: 0 if OK, error number on failure

第一个參数为指向线程标识符的指针。
第二个參数用来设置线程属性。
第三个參数是线程执行函数的起始地址。
最后一个參数是执行函数的參数。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>

 
void* task1(void*);
void* task2(void*);


void usr();
int p1,p2;

int main()
{
    usr();
    getchar();
    return 1;
}

 

void usr()
{
       pthread_t pid1, pid2;
    pthread_attr_t attr;
       void *p;
        int ret=0;
       pthread_attr_init(&attr);         //初始化线程属性结构
       pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED);   //设置attr结构为分离
       pthread_create(&pid1, &attr, task1, NULL);         //创建线程，返回线程号给pid1,线程属性设置为attr的属性，线程函数入口为task1，參数为NULL
    pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
pthread_create(&pid2, &attr, task2, NULL);
//前台工作

ret=pthread_join(pid2, &p);         //等待pid2返回，返回值赋给p
       printf("after pthread2:ret=%d,p=%d/n", ret,(int)p);          

}

void* task1(void *arg1)
{
printf("task1/n");
//艰苦而无法预料的工作，设置为分离线程，任其自生自灭
    pthread_exit( (void *)1);

}

void* task2(void *arg2)
{
    int i=0;
    printf("thread2 begin./n");
    //继续送外卖的工作
    pthread_exit((void *)2);
}

这个多线程的样例应该非常明了了，主线程做自己的事情，生成2个子线程，task1为分离，任其自生自灭，而task2还是继续送外卖，须要等待返回。（因该还记得前面说过僵尸进程吧，线程也是须要等待的。假设不想等待，就设置线程为分离线程）

额外的说下，linux下要编译使用线程的代码，一定要记得调用pthread库。例如以下编译：

gcc -o pthrea -pthread pthrea.c

四.比較以及注意事项

1.看完前面，应该对多进程和多线程有个直观的认识。假设总结多进程和多线程的差别，你肯定能说，前者开销大，后者开销较小。确实，这就是最主要的差别。

2.线程函数的可重入性：

说到函数的可重入，和线程安全，我偷懒了，引用网上的一些总结。

线程安全：概念比較直观。一般说来，一个函数被称为线程安全的，当且仅当被多个并发线程重复调用时，它会一直产生正确的结果。

可重入：概念基本没有比較正式的完整解释，可是它比线程安全要求更严格。依据经验，所谓“重入”，常见的情况是，程序运行到某个函数foo()时，收到信号，于是暂停眼下正在运行的函数，转到信号处理函数，而这个信号处理函数的运行过程中，又恰恰也会进入到刚刚运行的函数foo()，这样便发生了所谓的重入。此时假设foo()可以正确的运行，并且处理完毕后，之前暂停的foo()也可以正确运行，则说明它是可重入的。

线程安全的条件：

要确保函数线程安全，主要须要考虑的是线程之间的共享变量。属于同一进程的不同线程会共享进程内存空间中的全局区和堆，而私有的线程空间则主要包含栈和寄存器。因此，对于同一进程的不同线程来说，每一个线程的局部变量都是私有的，而全局变量、局部静态变量、分配于堆的变量都是共享的。在对这些共享变量进行訪问时，假设要保证线程安全，则必须通过加锁的方式。

可重入的推断条件：

要确保函数可重入，需满足一下几个条件：

1、不在函数内部使用静态或全局数据
2、不返回静态或全局数据，全部数据都由函数的调用者提供。
3、使用本地数据，或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据。
4、不调用不可重入函数。

可重入与线程安全并不等同，一般说来，可重入的函数一定是线程安全的，但反过来不一定成立。它们的关系可用下图来表示：

多线程和多进程的差别（小结）

比方：strtok函数是既不可重入的，也不是线程安全的；加锁的strtok不是可重入的，但线程安全；而strtok_r既是可重入的，也是线程安全的。

假设我们的线程函数不是线程安全的，那在多线程调用的情况下，可能导致的后果是显而易见的——共享变量的值因为不同线程的訪问，可能发生不可预料的变化，进而导致程序的错误，甚至崩溃。

3.关于IPC(进程间通信)

因为多进程要并发协调工作，进程间的同步，通信是在所难免的。

略微列举一下linux常见的IPC.

linux下进程间通信的几种主要手段简单介绍：

管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还同意无亲缘关系进程间的通信；
信号（Signal）：信号是比較复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又可以统一对外接口，用sigaction函数又一次实现了signal函数）；
报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包含Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程能够向队列中加入�消息，被赋予读权限的进程则能够读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道仅仅能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
共享内存：使得多个进程能够訪问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制执行效率较低而设计的。往往与其他通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及相互排斥。
信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但如今一般能够移植到其他类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

也许你会有疑问，那多线程间要通信，应该怎么做？前面已经说了，多数的多线程都是在同一个进程下的，它们共享该进程的全局变量，我们能够通过全局变量来实现线程间通信。假设是不同的进程下的2个线程间通信，直接參考进程间通信。

4.关于线程的堆栈

说一下线程自己的堆栈问题。

是的，生成子线程后，它会获取一部分该进程的堆栈空间，作为其名义上的独立的私有空间。（为何是名义上的呢？)由于，这些线程属于同一个进程，其它线程仅仅要获取了你私有堆栈上某些数据的指针，其它线程便能够自由訪问你的名义上的私有空间上的数据变量。（注：而多进程是不能够的，由于不同的进程，同样的虚拟地址，基本不可能映射到同样的物理地址）

5.在子线程里fork

看过好几次有人问，在子线程函数里调用system或者 fork为何出错，或者fork产生的子进程是全然复制父进程的吗？

我測试过，仅仅要你的线程函数满足前面的要求，都是正常的。

#include<stdio.h>
#include<string.h>
#include<stdlib.h>
#include<unistd.h>
#include<pthread.h>
                                                                                                
void* task1(void *arg1)
{
    printf("task1/n");
    system("ls");
    pthread_exit( (void *)1);
}
                                                                                                
int main()
{
  int ret=0;
  void *p;
   int p1=0;
   pthread_t pid1;
    pthread_create(&pid1, NULL, task1, NULL);
    ret=pthread_join(pid1, &p);
     printf("end main/n");
    return 1;
}

上面这段代码就能够正常得调用ls指令。

只是，在同一时候调用多进程（子进程里也调用线程函数）和多线程的情况下，函数体内非常有可能死锁。

详细的样例能够看看这篇文章。

http://www.cppblog.com/lymons/archive/2008/06/01/51836.aspx

End:临时写到这吧，总结这东西，看来真不适合我写。有空了，想到什么了，再回来修修补补吧。

发布者：全栈程序员-用户IM，转载请注明出处：https://javaforall.cn/118318.html原文链接：https://javaforall.cn

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