ios多線程和進程的區別（轉載）

2019-11-14 20:17:05

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

很想寫點關于多進程和多線程的東西，我確實很愛他們。但是每每想動手寫點關于他們的東西，卻總是求全心理作祟，始終動不了手。

今天終于下了決心，寫點東西，以后可以再修修補補也無妨。

一.為何需要多進程（或者多線程），為何需要并發？

這個問題或許本身都不是個問題。但是對于沒有接觸過多進程編程的朋友來說，他們確實無法感受到并發的魅力以及必要性。

我想，只要你不是整天都寫那種int main()到底的代碼的人，那么或多或少你會遇到代碼響應不夠用的情況，也應該有嘗過并發編程的甜頭。就像一個快餐點的服務員，既要在前臺接待客戶點餐，又要接電話送外賣，沒有分身術肯定會忙得你焦頭爛額的。幸運的是確實有這么一種技術，讓你可以像孫悟空一樣分身，靈魂出竅，樂哉樂哉地輕松應付一切狀況,這就是多進程/線程技術。

并發技術，就是可以讓你在同一時間同時執行多條任務的技術。你的代碼將不僅僅是從上到下，從左到右這樣規規矩矩的一條線執行。你可以一條線在main函數里跟你的客戶交流，另一條線，你早就把你外賣送到了其他客戶的手里。

所以，為何需要并發？因為我們需要更強大的功能，提供更多的服務，所以并發，必不可少。

二.多進程

什么是進程。最直觀的就是一個個pid,官方的說法就：進程是程序在計算機上的一次執行活動。

說得簡單點，下面這段代碼執行的時候

view plain

int main()
{
PRintf(”pid is %d/n”,getpid() );
return 0;
}

view plain

int main()
{
printf(”pid is %d/n”,getpid() );
return 0;
}

進入main函數，這就是一個進程，進程pid會打印出來，然后運行到return，該函數就退出，然后由于該函數是該進程的唯一的一次執行，所以return后，該進程也會退出。

看看多進程。linux下創建子進程的調用是fork();

view plain

#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 ); //注冊該進程退出時的回調函數
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();
}
}

view plain

#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 ); //注冊該進程退出時的回調函數
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

這是gcc測試下的運行結果。

關于fork函數，功能就是產生子進程，由于前面說過，進程就是執行的流程活動。

那么fork產生子進程的表現就是它會返回2次，一次返回0，順序執行下面的代碼。這是子進程。

一次返回子進程的pid，也順序執行下面的代碼，這是父進程。

（為何父進程需要獲取子進程的pid呢？這個有很多原因，其中一個原因：看最后的wait，就知道父進程等待子進程的終結后，處理其task_struct結構，否則會產生僵尸進程,扯遠了，有興趣可以自己google）。

如果fork失敗，會返回-1.

額外說下atexit( print_exit ); 需要的參數肯定是函數的調用地址。

這里的print_exit 是函數名還是函數指針呢？答案是函數指針，函數名永遠都只是一串無用的字符串。

某本書上的規則：函數名在用于非函數調用的時候，都等效于函數指針。

說到子進程只是一個額外的流程，那他跟父進程的聯系和區別是什么呢？

我很想建議你看看linux內核的注解（有興趣可以看看，那里才有本質上的了解），總之,fork后，子進程會復制父進程的task_struct結構，并為子進程的堆棧分配物理頁。理論上來說，子進程應該完整地復制父進程的堆，棧以及數據空間，但是2者共享正文段。

關于寫時復制：由于一般 fork后面都接著exec，所以，現在的 fork都在用寫時復制的技術，顧名思意，就是，數據段，堆，棧，一開始并不復制，由父，子進程共享，并將這些內存設置為只讀。直到父，子進程一方嘗試寫這些區域，則內核才為需要修改的那片內存拷貝副本。這樣做可以提高 fork的效率。

三.多線程

線程是可執行代碼的可分派單元。這個名稱來源于“執行的線索”的概念。在基于線程的多任務的環境中，所有進程有至少一個線程，但是它們可以具有多個任務。這意味著單個程序可以并發執行兩個或者多個任務。

簡而言之，線程就是把一個進程分為很多片，每一片都可以是一個獨立的流程。這已經明顯不同于多進程了，進程是一個拷貝的流程，而線程只是把一條河流截成很多條小溪。它沒有拷貝這些額外的開銷，但是僅僅是現存的一條河流，就被多線程技術幾乎無開銷地轉成很多條小流程，它的偉大就在于它少之又少的系統開銷。（當然偉大的后面又引發了重入性等種種問題，這個后面慢慢比較）。

還是先看linux提供的多線程的系統調用：

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

第一個參數為指向線程標識符的指針。第二個參數用來設置線程屬性。第三個參數是線程運行函數的起始地址。最后一個參數是運行函數的參數。

view plain

#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); //初始化線程屬性結構
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); //設置attr結構為分離
pthread_create(&pid1, &attr, task1, NULL); //創建線程，返回線程號給pid1,線程屬性設置為attr的屬性，線程函數入口為task1，參數為NULL
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
pthread_create(&pid2, &attr, task2, NULL);
//前臺工作
ret=pthread_join(pid2, &p); //等待pid2返回，返回值賦給p
printf("after pthread2:ret=%d,p=%d/n", ret,(int)p);
}
void* task1(void *arg1)
{
printf("task1/n");
//艱苦而無法預料的工作，設置為分離線程，任其自生自滅
pthread_exit( (void *)1);
}
void* task2(void *arg2)
{
int i=0;
printf("thread2 begin./n");
//繼續送外賣的工作
pthread_exit((void *)2);
}

view plain

#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); //初始化線程屬性結構
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_DETACHED); //設置attr結構為分離
pthread_create(&pid1, &attr, task1, NULL); //創建線程，返回線程號給pid1,線程屬性設置為attr的屬性，線程函數入口為task1，參數為NULL
pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
pthread_create(&pid2, &attr, task2, NULL);
//前臺工作
ret=pthread_join(pid2, &p); //等待pid2返回，返回值賦給p
printf("after pthread2:ret=%d,p=%d/n", ret,(int)p);
}
void* task1(void *arg1)
{
printf("task1/n");
//艱苦而無法預料的工作，設置為分離線程，任其自生自滅
pthread_exit( (void *)1);
}
void* task2(void *arg2)
{
int i=0;
printf("thread2 begin./n");
//繼續送外賣的工作
pthread_exit((void *)2);
}

這個多線程的例子應該很明了了，主線程做自己的事情，生成2個子線程，task1為分離，任其自生自滅，而task2還是繼續送外賣，需要等待返回。（因該還記得前面說過僵尸進程吧，線程也是需要等待的。如果不想等待，就設置線程為分離線程）

額外的說下，linux下要編譯使用線程的代碼，一定要記得調用pthread庫。如下編譯：

gcc -o pthrea -pthread pthrea.c

四.比較以及注意事項

1.看完前面，應該對多進程和多線程有個直觀的認識。如果總結多進程和多線程的區別，你肯定能說，前者開銷大，后者開銷較小。確實，這就是最基本的區別。

2.線程函數的可重入性：

說到函數的可重入，和線程安全，我偷懶了，引用網上的一些總結。

線程安全：概念比較直觀。一般說來，一個函數被稱為線程安全的，當且僅當被多個并發線程反復調用時，它會一直產生正確的結果。

可重入：概念基本沒有比較正式的完整解釋，但是它比線程安全要求更嚴格。根據經驗，所謂“重入”，常見的情況是，程序執行到某個函數foo()時，收到信號，于是暫停目前正在執行的函數，轉到信號處理函數，而這個信號處理函數的執行過程中，又恰恰也會進入到剛剛執行的函數foo()，這樣便發生了所謂的重入。此時如果foo()能夠正確的運行，而且處理完成后，之前暫停的foo()也能夠正確運行，則說明它是可重入的。

線程安全的條件：

要確保函數線程安全，主要需要考慮的是線程之間的共享變量。屬于同一進程的不同線程會共享進程內存空間中的全局區和堆，而私有的線程空間則主要包括棧和寄存器。因此，對于同一進程的不同線程來說，每個線程的局部變量都是私有的，而全局變量、局部靜態變量、分配于堆的變量都是共享的。在對這些共享變量進行訪問時，如果要保證線程安全，則必須通過加鎖的方式。

可重入的判斷條件：

要確保函數可重入，需滿足一下幾個條件：

1、不在函數內部使用靜態或全局數據 2、不返回靜態或全局數據，所有數據都由函數的調用者提供。 3、使用本地數據，或者通過制作全局數據的本地拷貝來保護全局數據。 4、不調用不可重入函數。

可重入與線程安全并不等同，一般說來，可重入的函數一定是線程安全的，但反過來不一定成立。它們的關系可用下圖來表示：

比如：strtok函數是既不可重入的，也不是線程安全的；加鎖的strtok不是可重入的，但線程安全；而strtok_r既是可重入的，也是線程安全的。

如果我們的線程函數不是線程安全的，那在多線程調用的情況下，可能導致的后果是顯而易見的——共享變量的值由于不同線程的訪問，可能發生不可預料的變化，進而導致程序的錯誤，甚至崩潰。

3.關于ipC(進程間通信)

由于多進程要并發協調工作，進程間的同步，通信是在所難免的。

稍微列舉一下linux常見的IPC.

linux下進程間通信的幾種主要手段簡介：

管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有親緣關系進程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信；
信號（Signal）：信號是比較復雜的通信方式，用于通知接受進程有某種事件發生，除了用于進程間通信外，進程還可以發送信號給進程本身；linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction（實際上，該函數是基于BSD的，BSD為了實現可靠信號機制，又能夠統一對外接口，用sigaction函數重新實現了signal函數）；
報文（Message）隊列（消息隊列）：消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠權限的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀權限的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式字節流以及緩沖區大小受限等缺點。
共享內存：使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。
信號量（semaphore）：主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。
套接口（Socket）：更為一般的進程間通信機制，可用于不同機器之間的進程間通信。起初是由Unix系統的BSD分支開發出來的，但現在一般可以移植到其它類Unix系統上：Linux和System V的變種都支持套接字。

或許你會有疑問，那多線程間要通信，應該怎么做？前面已經說了，多數的多線程都是在同一個進程下的，它們共享該進程的全局變量，我們可以通過全局變量來實現線程間通信。如果是不同的進程下的2個線程間通信，直接參考進程間通信。

4.關于線程的堆棧

說一下線程自己的堆棧問題。

是的，生成子線程后，它會獲取一部分該進程的堆?？臻g，作為其名義上的獨立的私有空間。（為何是名義上的呢？)由于，這些線程屬于同一個進程，其他線程只要獲取了你私有堆棧上某些數據的指針，其他線程便可以自由訪問你的名義上的私有空間上的數據變量。（注：而多進程是不可以的，因為不同的進程，相同的虛擬地址，基本不可能映射到相同的物理地址）

5.在子線程里fork

看過好幾次有人問，在子線程函數里調用system或者 fork為何出錯，或者fork產生的子進程是完全復制父進程的嗎？

我測試過，只要你的線程函數滿足前面的要求，都是正常的。

view plain