多线程编程精髓（一）

（1）线程的基本概念和常见问题： 每个进程都有自己的独立进程地址空间和上下文堆栈，进程中实际执行单位为线程，每个进程至少有一个线程-主线程，线程是由操作系统安排调度的最小运行单元，进程中的线程可分为主线程和工作线程，实际使用中避免主线程退出，线程是独立运行的最小单元，拥有独立的上下文堆栈，正常来说一个线程奔溃不会影响其他线程，但会导致进程退出，从而其他线程也无法运行。

（2）线程的创建和使用：不同操作系统使用不同的API函数，

           linux创建线程 ：int  pthread_create(pthread_t *thread,const pthread_attr_t * attr,void* (*start_routine) (void*),void* arg); //thread 线程ID,attr 线程属性，设置为NULL,start_routine 线程调用函数，arg 线程传入参数;，返回值为0 表示创建成功；

            windows创建线程：HANDLECreateThread( LPSECURITY_ATTRIBUTES  lpThreadAttributes,  SIZE_T  dwStackSize,  LPTHREAD_START_ROUTINE  lpStartAddress, LPVOID   lpParameter,DWORD   dwCreationFlags,  LPDWORD    lpThreadId);  // lpThreadAttributes 线程安全属性 设置NULL， dwStackSize 线程栈空间，设置0表示默认大小，lpStartAddress 线程函数指针，dwCreationFlags 32位无符号整形，设置为0表示线程创建后立即启动，pThreadId 线程创建成功返回的ID，返回为内核句柄的索引值，为NULL表示失败；

           注意：linux的线程函数调用方式是__cedel，这是C/C++ 中定义函数时默认的调用方式，而windows上调用方式createThread 定义线程函数时必须使用 __stdcall 调用方式，必须显示声明函数，如 DWORD __stdcall threadfunc(LPVOID lpThreadParameter) ，Windows 上的宏 WINAPI 和 CALLBACK 这两个宏的定义都是 __stdcall，因此也可以写成：

            //写法1  DWORD WINAPI threadfunc(LPVOID lpThreadParameter);

           //写法2  DWORD CALLBACK threadfunc(LPVOID lpThreadParameter);

            windows C函数库（对比上述，推荐使用):uintptr_t  _beginthreadex(  void *security,   unsigned stack_size,  unsigned ( __stdcall *start_address )( void * ),   void *arglist, unsigned initflag,   unsigned *thrdaddr );  //函数签名与上述一样；

             C11提供std::thread: 创建线程t1 std::threadt1(threadproc1);,创建线程t2    std::threadt2(threadproc2,1,2);  //对比上述的几种方式的固定格式函数，此方式便捷，函数签名更加多样化，但必须保证线程对象在线程运行期间有效不被销毁。

（3）排查linux进程占用CPU过高的方法：使用ps命令查看进程的ID，top -H 命令也可以显示每个进程的各个线程的运行状态。然后使用pstack命令查看进程中每个线程调用的堆栈，注意pstack是gdb调试器支持的，命令查看程序必须携带调试权限，而且用户必须有查看权限，对于pstack输出的各个线程中，对照源码逻辑排查进行修改优化，提高CPU资源的利用率。

（4）线程ID的用途以及原理：线程ID是用于标识一个线程的整形数值，熟练获取能帮助日志写入和后续问题排查。

           windows环境下可以在创建线程是直接获得，或者使用以下函数：

                      DWORD GetCurrentThreadId(); 

                     //注意 pthread_t 和 DWORD 类型都是一个 32 位无符号整型值

           linux环境下有三种方式，在创建线程时获得、在需要获取 ID 的线程中调用 pthread_self() 函数获取、 通过系统调用获取线程 ID：

                    1.  #include

                       pthread_t tid;

                       pthread_create(&tid, NULL, thread_proc, NULL);

                   2 .#include 

                       pthread_t tid = pthread_self();

                    3.#include

                       #include

                       int tid = syscall(SYS_gettid);

                      //注意方法一和方法二获取的线程 ID 结果是一样的（转成16进制与pstack命令查询的线程ID一致），都是一个很大的数字，表示内存地址，全局并不唯一， 而方法三获取的线程 ID 是系统范围内全局唯一的，一般是一个不会太大的整数，这个数字也是就是所谓的 LWP （Light Weight Process，轻量级进程），早期的 Linux 系统的线程是通过进程来实现的，这种线程被称为轻量级线程）的 ID。

               C++11获取线程ID用两种方式： std::this_thread 类的 get_id 获取当前线程的 id（类静态方法）、std::thread 的 get_id 获取指定线程的 ID（类实例化方法）：

                         1. std::thread  t(worker_thread_func);

                             std::thread::id worker_thread_id = t.get_id();    //获取线程t的ID    

                         2.  std::thread::id main_thread_id = std::this_thread::get_id();  //获取主线程的线程 ID

                              std::ostringstream oss;   //先将std::thread::id转换成std::ostringstream对象   

                               oss << main_thread_id;

                               std::string str = oss.str();  //再将std::ostringstream对象转换成std::string 

                               int threadid = atol(str.c_str());//最后将 std::string 转换成整型值   

                                std::cout << "main thread id: " << threadid << std::endl;

（5）如何等待线程结束：一个线程需要等待另外一个线程执行完毕退出后再执行，windows和linux都有提供对应的操作系统API：

                 linux环境下：使用 pthread_join 函数，用来等待某线程的退出并接收它的返回值。这种操作被称为连接（joining），

                            int  pthread_join(pthread_tthread,void** retval);

                           //参数thread，需要等待的线程 id,参数retval，输出参数，用于接收等待退出的线程的退出码（Exit Code），线程退出码可以通过调用pthread_exit退出线程时指定，也可以在线程函数中通过return语句返回,可设置为NULL,此时线程会被挂起直到目前线程退出再被唤醒。

               windows环境下：使用 API WaitForSingleObject 或 WaitForMultipleObjects 函数，前者为等待一个线程结束，后者为等待多个线程结束，可选择控制等待时间，

                           DWORD  WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);

                          //参数hHandle是需要等待的对象的句柄，等待线程退出，传入线程句柄。参数dwMilliseconds是需要等待的毫秒数，如果使用INFINITE宏，则表示无限等待下去,此时会挂起当前等待线程，直到等待的线程退出后，等待的线程才会被唤醒。

               C++11提供函数（windows和linux均使用)：std::thread 的 join 方法，为了防止等待线程已经退出出现奔溃，调用之前需判断是否可join，调用joinable 方法，

                           std::thread  t(FileThreadFunc);

                              if (t.joinable())

                                      t.join();

（6）线程函数传递C++类实例指针惯用法：除了C++11线程库提供的std::thread对线程函数签名没有特殊的要求之外，其余windows和linux对于函数签名都必须指定格式，此时线程函数

必须是静态方法，原因是C++编译器将函数翻译成全局函数时会将类的实例对象地址（也就是 this 指针）作为第一个参数传递给该方法，比如void *threadFunc(void* arg) 翻译之后就变成

了void* threadFunc(Thread*this,void* arg); 这样就不符合函数签名的要求了，如果是类的静态方法就没有办法访问类的实例方法了，因此实际开发中创建线程时将当前对象的地址（this

 指针）传递给线程函数，然后在线程函数中，将该指针转换成原来的类实例，再通过这个实例就可以访问类的所有方法了，实际上C++11的std::thread创建时要求传入this对象也是一样

的道理。

（7）整型变量的原子操作：多线程同时操作某个资源，以整型变量为例，同时对资源进行读和写，需要采用措施保护资源，避免冲突。举例说明：

        把一个变量的值赋值给另外一个变量，或者把一个表达式的值赋值给另外一个变量，如int a = b;从 C/C++ 语法的级别来看，这也是一条语句，是原子的；但是从实际执行的二进制

指令来看，由于现代计算机 CPU 架构体系的限制，数据不可以直接从内存搬运到另外一块内存，必须借助寄存器中断，这条语句一般对应两条计算机指令，即将变量b的值搬运到某个寄

存器如eax）中，再从该寄存器搬运到变量a的内存地址：move ax,dword ptr [b]  mov dword ptr [a], eax既然是两条指令，那么多个线程在执行这两条指令时，某个线程可能会在第一条指

令执行完毕后被剥夺 CPU 时间片，切换到另外一个线程而产生不确定的情况。

          windows下提供整型原子操作API（Windows.h头文件)，仅列出了与 32 位（bit）整型相关的 API 函数，Windows 还提供了对 8 位、16 位以及 64 位的整型变量进行原子操作的 API：

          函数名                                        函数说明

          InterlockedIncrement                 将 32 位整型变量自增 1

         InterlockedDecrement                 将 32 位整型变量自减 1

         InterlockedExchangeAdd           将 32 位整型值增加 n （n 可以是负值）

         InterlockedXor                             将 32 位整型值与 n 进行异或操作

         InterlockedCompareExchange    将 32 位整型值与 n1 进行比较，如果相等，则替换成 n2

          C++11提供的std::atomic模板类型  templatestruct atomic，支持传入具体的整型类型（如 bool、char、short、int、uint 等）对模板进行实例化，比如 std::atomic 

value;   value = 99; 还有大量方法可支持查询使用，注意在linux和windows环境不同用法的语法区别。