執行緒

最小的编程指令序列由调度器可以独立管理

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

「執行緒」的各地常用名稱
中國大陸線程
臺灣執行緒
港澳線程

狀態

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執行緒有四種基本狀態,分別為:

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

執行緒包含要素

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  • 執行緒核心對象(thread kernel object)
  • 執行緒環境塊(thread environment block, TEB)
  • 使用者模式棧(user-mode stack)(unblock
  • 核心模式棧(kernal-mode stack)(thread environment block, TEB)
  • DLL執行緒連接(attach)和執行緒分離(detach)通知(kernal-mode stack)

不同平台的執行緒

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UNIX International執行緒

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UNIX International執行緒簡介

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SUN Solaris作業系統使用的執行緒叫做UNIX International執行緒,支援核心執行緒、輕權行程和使用者執行緒。一個行程可有大量使用者執行緒;大量使用者執行緒復用少量的輕權行程,輕權行程與核心執行緒一一對應。使用者級執行緒在呼叫核心服務時(如檔案讀寫),需要「捆綁(bound)」在一個LWP上。永久捆綁(一個LWP固定被一個使用者級執行緒占用,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占用的LWP)。在呼叫系統服務時,如果所有LWP已被其他使用者級執行緒所占用(捆綁),則該執行緒阻塞直到有可用的LWP。如果LWP執行系統執行緒時阻塞(如read()呼叫),則當前捆綁在LWP上的使用者級執行緒也阻塞。

UNIX International執行緒的有關API

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UNIX International執行緒的標頭檔是<thread.h>[1]

建立使用者級執行緒
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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。

等待使用者級執行緒
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int thr_join(thread_t wait_for, thread_t *dead, void **status);
掛起使用者級執行緒
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int thr_suspend(thread_t thr);
繼續使用者級執行緒
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int thr_continue(thread_t thr);
退出使用者級執行緒
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void thr_exit(void *status);
返回當前使用者級執行緒的執行緒識別碼
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thread_t thr_self( void );

POSIX執行緒

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POSIX執行緒簡介

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

POSIX執行緒的有關API

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Pthreads執行緒的標頭檔是<pthread.h>[6][7]

建立使用者執行緒
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int pthread_create(pthread_t * thread, const pthread_attr_t * attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
等待使用者執行緒
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int pthread_join(pthread_t thread, void ** retval);
退出使用者執行緒
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void pthread_exit(void *retval);
返回當前使用者執行緒的執行緒識別碼
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pthread_t pthread_self(void);
使用者執行緒的取消
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int pthread_cancel(pthread_t thread);

Win32執行緒

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Win32執行緒簡介

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Win32執行緒是Windows API的一部分,上下文包括:暫存器、核心棧、執行緒環境塊和使用者棧。

Win32執行緒的有關API

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

建立使用者執行緒
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HANDLE WINAPI CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, SIZE_T dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId);
結束本執行緒
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VOID WINAPI ExitThread(DWORD dwExitCode);
掛起指定的執行緒
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DWORD WINAPI SuspendThread( HANDLE hThread );
恢復指定執行緒執行
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DWORD WINAPI ResumeThread(HANDLE hThread);
等待執行緒執行完畢
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DWORD WINAPI WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);
返回當前執行緒的執行緒識別碼
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DWORD WINAPI GetCurrentThreadId(void);
返回當前執行緒的執行緒控制代碼
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HANDLE WINAPI GetCurrentThread(void);

跨平台的執行緒

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C++11執行緒

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C++11執行緒簡介

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2011年8月12日,國際標準化組織(ISO)發布了第三個C++標準,即ISO/IEC 14882:2011,簡稱ISO C++ 11標準。該標準第一次把執行緒的概念引入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執行緒。

C++11執行緒的有關函式

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C++ 11執行緒的標頭檔是<thread>[9]

建立執行緒
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std::thread::thread(Function&& f, Args&&... args);
等待執行緒結束
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std::thread::join();
脫離執行緒控制
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std::thread::detach();
交換執行緒
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std::thread::swap(thread& other);

C11執行緒

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C11執行緒簡介

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2011年12月8日,國際標準化組織(ISO)發布了第三個C語言標準,即ISO 9899:2011,簡稱ISO C 11標準。該標準第一次把執行緒的概念引入C語言標準庫。

C11執行緒僅僅是個「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執行緒的。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式。

C11執行緒的有關函式

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C11執行緒的標頭檔是<threads.h>[10]

建立執行緒
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int thrd_create(thrd_t *thr, thrd_start_t func, void *arg);
結束本執行緒
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_Noreturn void thrd_exit( int res );
等待執行緒執行完畢
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int thrd_join(thrd_t thr, int *res);
返回當前執行緒的執行緒識別碼
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thrd_t thrd_current();

Java執行緒

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  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,用中斷來結束執行緒,但中斷只是請求,並不能完全保證執行緒被終止,需要執行執行緒協同處理。
  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. 呼叫執行緒池執行器的shutdown()shutdownNow()方法。
  7. 守護執行緒會在非守護執行緒都結束時自動終止。
  8. Thread有stop()方法,但已不推薦使用。

參見

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參考資料

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