C++·线程与进程_c++ 线程与进程

一、多线程的好处

1.发挥多核CPU的优势

随着工业的进步，现在的笔记本、台式机乃至商用的应用服务器至少也都是双核的，4核、8核甚至16核的也都不少见，如果是单线程的程序，那么在双核CPU上就浪费了50%，在4核CPU上就浪费了75%。单核CPU上所谓的”多线程”那是假的多线程，同一时间处理器只会处理一段逻辑，只不过线程之间切换得比较快，看着像多个线程”同时”运行罢了。多核CPU上的多线程才是真正的多线程，它能让你的多段逻辑同时工作，多线程，可以真正发挥出多核CPU的优势来，达到充分利用CPU的目的。

2.防止阻塞

从程序运行效率的角度来看，单核CPU不但不会发挥出多线程的优势，反而会因为在单核CPU上运行多线程导致线程上下文的切换，而降低程序整体的效率。但是单核CPU我们还是要应用多线程，就是为了防止阻塞。试想，如果单核CPU使用单线程，那么只要这个线程阻塞了，比方说远程读取某个数据吧，对端迟迟未返回又没有设置超时时间，那么你的整个程序在数据返回回来之前就停止运行了。多线程可以防止这个问题，多条线程同时运行，哪怕一条线程的代码执行读取数据阻塞，也不会影响其它任务的执行。

3.便于建模

这是另外一个没有这么明显的优点了。假设有一个大的任务A，单线程编程，那么就要考虑很多，建立整个程序模型比较麻烦。但是如果把这个大的任务A分解成几个小任务，任务B、任务C、任务D，分别建立程序模型，并通过多线程分别运行这几个任务，那就简单很多了。

二、多进程和多线程的区别

进程它是具有独立地址空间的，优点就是隔离度好,稳定，因为它是操作系统管理的，进程和进程之间是逻辑隔离的，只要操作系统不出问题的话，一个进程的错误一般不会影响到其它进程，缺点就是信息资源共享麻烦。而线程只是进程启动的执行单元，它是共享进程资源的，创建销毁、切换简单，速度很快，占用内存少，CPU利用率高。但是需要程序员管控的东西也比较多，相互影响出问题的机率较大，一个线程挂掉将导致整个进程挂掉，所以从程序员的角度来讲，我们只能看到某种代码是线程安全的，而没有说进程安全的。

三、在进程和线程上，应该怎么选择

我们平时在写代码的时候一般使用线程会比较多，像需要频繁创建销毁的，要处理大量运算、数据，又要能很好的显示界面和及时响应消息的优先选择多线程，因为像这些运算会消耗大量的CPU，常见的有算法处理和图像处理。还有一些操作允许并发而且有可能阻塞的, 也推荐使用多线程. 例如SOCKET, 磁盘操作等等。进程一般来说更稳定，而且它是内存隔离的，单个进程的异常不会导致整个应用的崩溃，方便调试，像很多服务器默认是使用进程模式的。

四、线程之间是如何通信的

一个是使用全局变量进行通信，还有就是可以使用自定义的消息机制传递信息。其实因为各个线程之间它是共享进程的资源的，所以它没有像进程通信中的用于数据交换的通信方式，它通信的主要目的是用于线程同步，所以像一些互斥锁啊临界区啊CEvent事件对象和信号量对象都可以实现线程的通信和同步。

五、进程之间是如何通信的

进程间的通信方式有PIPE管道，信号量，消息队列，共享内存，还可以通过 socket套接字进行通信。根据信息量大小的不同可以分为低级通信和高级通信，在选择上，如果用户传递的信息较少．或是需要通过信号来触发某些行为的，一般用信号机制就能解决，如果进程间要求传递的信息量比较大或者有交换数据的要求，那么就要使用共享内存和套接字这些通信方式。

名词解释：

管道其实是存在于内存中的一种特殊文件，它不属于文件系统，有自己的数据结构，根据使用范围还可分为无名管道和命名管道。

共享内存是通过将共享的内存缓冲区直接附加到进程的虚拟地址空间中来实现的，它是利用内存缓冲区直接交换信息，不需要复制，很快捷、信息量大。

消息队列缓冲是由系统调用函数来实现消息发送和接收之间的同步，它允许任意进程通过共享消息队列来实现进程间通信．但是信息的复制需要耗费大量CPU，所以不适用于信息量大或操作频繁的场合。

六、线程同步和线程异步

同步是指一个线程要等待另一个线程执行完之后才开始执行当前的线程。

异步是指一个线程去执行，它的下一个线程不必等待它执行完就开始执行。

一般一个进程启动的多个不相干线程，它们之间的相互关系就为异步，比如游戏有图像和背景音乐，图像是由玩家操作的 而背景音乐是系统循环播放，它们两个线程之间没什么关系各干各的，这就是线程异步。至于同步的话指的是多线程同时操作一个数据，这个时候需要对数据添加保护，这个保护就是线程的同步

同步使用场景：对于多个线程同时访问一块数据的时候，必须使用同步，否则可能会出现不安全的情况，有一种情况不需要同步技术，那就是原子操作，也就是说操作系统在底层保证了操作要么全部做完，要么不做。

异步的使用场景：当只有一个线程访问当前数据的时候。比如观察者模式，它没有共享区，主题发生变化后通知观察者更新，主题继续做自己的事情，不需要等待观察者更新完成后再工作。

七、多线程同步和互斥有几种实现方法，分别适用什么情况

线程同步的话有临界区，互斥量，信号量，事件。

临界区适合一个进程内的多线程访问公共区域或代码段时使用。

互斥量是可以命名的，也就是说它可以适用不同进程内多线程访问公共资源时使用。所以在选择上如果是在进程内部使用的话，用临界区会带来速度上的优势并且能够减少资源占用量。

信号量与临界区和互斥量不同，它是允许多个线程同时访问公共资源的，它相当于操作系统的PV操作，它会事先设定一个最大线程数，如果线程占用数达到最大，那么其它线程就不能再进来，如果有部分线程释放资源了，那么其它线程才能进来访问资源。

事件是通过通知操作的方式来保持线程同步。

注意：互斥量，事件，信号量都是内核对象，可以跨进程使用。

八、C++多线程有几种实现方法

直接使用WIN32 API CreateThread，或者用C运行库_beginthread创建线程,MFC的话用AfxBeginThread. 还有就是运用第三方线程库，比如boost的thread等等。

_beginthread和CreateThread的区别：_beginthread内部调用了CreateThread.

如果你的程序只调用 Win32 API/SDK ，就放心用 CreateThread，如果要用到C++运行时库，那么就要使用_beginthreadex，因为C++运行库有一些函数里面使用了全局变量，beginthreadex 为这些全局变量做了处理，使得每个线程都有一份独立的“全局”量，在这种情况下使用CreateThread的话就会出现不安全的问题

九、进程有哪几种状态，状态转换图，及导致转换的事件

1. 进程特征：
   1：动态性，2：并发性，3：独立性，4：异步性。

2. 进程状态：
   1：就绪状态，2：执行状态，3：阻塞状态

3. 三种基本状态转换：
   处于就绪状态的进程，在调度程序为之分配了处理机之后便开始执行， 就绪 -> 执行
   正在执行的进程如果因为分配他的时间片已经用完，而被剥夺处理剂， 执行 -> 就绪
   如果因为某种原因致使当前的进程执行受阻，使之不能执行。 执行 -> 阻塞
   

   
   
   状态转换图
   

4. 创建状态和终止状态图
   

   
   
   

十、死锁

概念：进程间进行通信或相互竞争系统资源而产生的永久阻塞，若无外力作用将永远处在死锁状态。

产生原因：（1）系统资源不足；（2）进程运行推进顺序与速度不同也可能导致死锁；（3）资源分配不当；

产生死锁四个必要条件：

（1） 互斥条件：就是一个资源每次只能被一个进程使用。
（2） 请求与保持条件：一个进程在请求其它资源而阻塞时，但是它对自己已获得的资源又保持不放。
（3） 不剥夺条件:进程已获得的资源，在末使用完之前，不能强行剥夺。
（4） 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

预防死锁和避免死锁的方法：在系统设计、进程调度方面注意不让产生死锁的四个必要条件成立，确定资源的合理分配算法，避免进程永远占用系统资源，对资源分配要进行合理的规划。

十一、多线程中栈与堆是公有的还是私有的

因为线程是共享进程的资源的，所以栈是私有的，堆是公有的。

十二、线程池的概念

线程池就是一堆已经创建好的线程，最大数目一定，然后初始后都处于空闲状态，当有新任务进来时就从线程池中取出空闲线程处理任务，任务完成之后又重新放回去，当线程池中的所有线程都在任务时，只能等待有线程结束任务才能继续执行。

转自：
【1】c++面试题（线程与进程篇）
【2】操作系统之面试常考