06-常见的面试题目-线程

1、线程的基本概念

线程是进程中执行运算的最小单位，是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，线程自己不拥有系统资源，只拥有一点在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。

2、线程的基本状态及状态之间的关系（对否？）

状态：运行、阻塞、挂起阻塞、就绪、挂起就绪

状态之间的转换：
准备就绪的进程，被CPU调度执行，变成运行态；
运行中的进程，进行I/O请求或者不能得到所请求的资源，变成阻塞态；
运行中的进程，进程执行完毕（或时间片已到），变成就绪态；
将阻塞态的进程挂起，变成挂起阻塞态，当导致进程阻塞的I/O操作在用户重启进程前完成（称之为唤醒），挂起阻塞态变成挂起就绪态，当用户在I/O操作结束之前重启进程，挂起阻塞态变成阻塞态；
将就绪（或运行）中的进程挂起，变成挂起就绪态，当该进程恢复之后，挂起就绪态变成就绪态；
(java中的状态)

3、 多线程的优缺点

优点：
（1）多线程技术使程序的响应速度更快 ,因为用户界面可以在进行其它工作的同时一直处于活动状态；
（2）占用大量处理时间的任务使用多线程可以提高CPU利用率，即占用大量处理时间的任务可以定期将处理器时间让给其它任务；
（3）多线程可以分别设置优先级以优化性能。
缺点：
（1）等候使用共享资源时造成程序的运行速度变慢。这些共享资源主要是独占性的资源 ,如打印机等。
（2）对线程进行管理要求额外的 CPU开销，线程的使用会给系统带来上下文切换的额外负担。
（3）线程的死锁。即对共享资源加锁实现同步的过程中可能会死锁。
（4）对公有变量的同时读或写，可能对造成脏读等；
以下是最适合采用多线程处理：
(1)耗时或大量占用处理器的任务阻塞用户界面操作;
(2)各个任务必须等待外部资源 (如远程文件或 Internet连接)。

4、进程和线程的区别

进程和线程的关系：
（1）一个线程只属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。
（2）资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源
（3）处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程
（4）线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的方法实现同步。线程是进程内的一个执行单元，也是进程内的可调度实体。
进程与线程的区别：
（1）调度：线程作为调度和分配的基本单位，进程作为拥有资源的基本单位
（2）并发性：不仅进程可以并发执行，同一个进程的多个线程之间也可以并发执行
（3）拥有资源：进程是拥有资源的一个独立单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属于进程的资源
（4）系统开销：在创建或撤销进程时，由于系统要为之分配和回收资源，导致系统的开销明显大于创建或撤销时进程的开销

• 进程是资源分配的最小单位，线程是程序执行的最小单位。

• 进程有自己的独立地址空间，每启动一个进程，系统就会为它分配地址空间，建立数据表来维护代码段、堆栈段和数据段，这种操作非常昂贵。而线程是共享进程中的数据的，使用相同的地址空间，因此CPU切换一个线程的花费远比进程要小很多，同时创建一个线程的开销也比进程要小很多。

• 线程之间的通信更方便，同一进程下的线程共享全局变量、静态变量等数据，而进程之间的通信需要以通信的方式（IPC)进行。不过如何处理好同步与互斥是编写多线程程序的难点。

• 但是多进程程序更健壮，多线程程序只要有一个线程死掉，整个进程也死掉了，而一个进程死掉并不会对另外一个进程造成影响，因为进程有自己独立的地址空间。

5、C++中多线程的实现方式

Windows下通过 api CreateThread(windows.h库中)，Linux下则常用pthread库（常用的两个函数是pthread_create和pthread_join），这些都是最底层的实现，最新的C++11标准里增加了std::thread多线程库，也可以使用第三方库，比如boost的thread等等。

https://www.cnblogs.com/raichen/p/5766634.html

6、进程间通信的方式

（1）管道（pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系的父子进程间的通信，有名管道除了具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。
（2）信号（signal）：信号是在软件层次上对中断机制的一种模拟，它是比较复杂的通信方式，用于通知进程有某事件发生，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求效果上可以说是一致的。
（3）消息队列（message queue）：消息队列是消息的链接表，它克服了上两种通信方式中信号量有限的缺点，具有写权限得进程可以按照一定得规则向消息队列中添加新信息；对消息队列有读权限得进程则可以从消息队列中读取信息。
（4）共享内存（shared memory）：可以说这是最有用的进程间通信方式。它使得多个进程可以访问同一块内存空间，不同进程可以及时看到对方进程中对共享内存中数据得更新。这种方式需要依靠某种同步操作，如互斥锁和信号量等。
（5）信号量（semaphore）：主要作为进程之间及同一种进程的不同线程之间得同步和互斥手段。
（6）套接字（socket）：这是一种更为一般得进程间通信机制，它可用于网络中不同机器之间的进程间通信，应用非常广泛。

7、多线程同步和互斥有几种实现方法，都是什么？

线程间的同步方法大体可分为两类：用户模式和内核模式。顾名思义，内核模式就是指利用系统内核对象的单一性来进行同步，使用时需要切换内核态与用户态，而用户模式就是不需要切换到内核态，只在用户态完成操作。

用户模式下的方法有：原子操作（例如一个单一的全局变量），临界区。内核模式下的方法有：事件，信号量，互斥量。

线程同步互斥的4种方式：

1.  临界区（Critical Section）：适合一个进程内的多线程访问公共区域或代码段时使用

2.  互斥量 (Mutex)：适合不同进程内多线程访问公共区域或代码段时使用，与临界区相似。

3.  事件（Event）：通过线程间触发事件实现同步互斥

4.  信号量（Semaphore）：与临界区和互斥量不同，可以实现多个线程同时访问公共区域数据，原理与操作系统中PV操作类似，先设置一个访问公共区域的线程最大连接数，每有一个线程访问共享区资源数就减一，直到资源数小于等于零。

8、多线程同步和互斥有何异同，在什么情况下分别使用他们？举例说明。

当有多个线程的时候，经常需要去同步这些线程以访问同一个数据或资源。例如，假设有一个程序，其中一个线程用于把文件读到内存，而另一个线程用于统计文件中的字符数。当然，在把整个文件调入内存之前，统计它的计数是没有意义的。但是，由于每个操作都有自己的线程，操作系统会把两个线程当作是互不相干的任务分别执行，这样就可能在没有把整个文件装入内存时统计字数。为解决此问题，你必须使两个线程同步工作。

所谓同步，是指在不同进程之间的若干程序片断，它们的运行必须严格按照规定的某种先后次序来运行，这种先后次序依赖于要完成的特定的任务。如果用对资源的访问来定义的话，同步是指在互斥的基础上（大多数情况），通过其它机制实现访问者对资源的有序访问。在大多数情况下，同步已经实现了互斥，特别是所有写入资源的情况必定是互斥的。少数情况是指可以允许多个访问者同时访问资源。

所谓互斥，是指散布在不同进程之间的若干程序片断，当某个进程运行其中一个程序片段时，其它进程就不能运行它们之中的任一程序片段，只能等到该进程运行完这个程序片段后才可以运行。如果用对资源的访问来定义的话，互斥某一资源同时只允许一个访问者对其进行访问，具有唯一性和排它性。但互斥无法限制访问者对资源的访问顺序，即访问是无序的。

 9、C++11多线程编程系列

https://www.cnblogs.com/GuoXinxin/p/11674202.html

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参考资料：

https://blog.csdn.net/yuechuxuan/article/details/81674357

https://blog.csdn.net/weixin_39345003/article/details/80740085