线程

线程（thread）在计算机科学中，是将进程划分为两个或多个线程（实例）或子进程，由单处理器（单线程）或多处理器（多线程）或多核处理系统并发执行。

## 状态

执行绪有四种基本状态，分别为：

- 产生（spawn）
- 阻塞（block）
- 非阻塞（unblock）
- 结束（finish）

## 线程包含要素

- 线程内核对象(thread kernel object)
- 线程环境块(thread environment block, TEB)
- 用户模式栈(user-mode stack)（unblock）
- 内核模式栈(kernal-mode stack)(thread environment block, TEB)
- DLL线程连接(attach)和线程分离(detach)通知(kernal-mode stack)

## 不同平台的线程

### UNIX International线程

#### UNIX International线程简介

SUN Solaris操作系统使用的线程叫做UNIX International线程，支持内核线程、轻权进程和用户线程。一个进程可有大量用户线程；大量用户线程复用少量的轻权进程，轻权进程与内核线程一一对应。用户级线程在调用核心服务时（如文件读写），需要“捆绑（bound）”在一个LWP上。永久捆绑（一个LWP固定被一个用户级线程占用，该LWP移到LWP池之外）和临时捆绑（从LWP池中临时分配一个未被占用的LWP）。在调用系统服务时，如果所有LWP已被其他用户级线程所占用（捆绑），则该线程阻塞直到有可用的LWP。如果LWP执行系统线程时阻塞（如`read()`调用），则当前捆绑在LWP上的用户级线程也阻塞。

#### UNIX International线程的有关API

UNIX International线程的头文件是`<thread.h>`。

##### 创建用户级线程

```c
int thr_create(void * stack_base, size_t stack_size, void *(*start_routine，void *), void * arg, long flags, thread_t * new_thr);
```

其中flags包括：THR_BOUND（永久捆绑）, THR_NEW_LWP（创建新LWP放入LWP池），若两者同时指定则创建两个新LWP，一个永久捆绑而另一个放入LWP池。

##### 等待用户级线程

```c
int thr_join(thread_t wait_for, thread_t *dead, void **status);
```

##### 挂起用户级线程

```c
int thr_suspend(thread_t thr);
```

##### 继续用户级线程

```c
int thr_continue(thread_t thr);
```

##### 退出用户级线程

```c
void thr_exit(void *status);
```

##### 返回当前用户级线程的线程标识符

```c
thread_t thr_self( void );
```

### POSIX线程

#### POSIX线程简介

POSIX线程（POSIX threads），简称Pthreads，是线程的POSIX标准。该标准定义了创建和操纵线程的一整套API。在类Unix操作系统（Unix、Linux、Mac OS X等）中，都使用Pthreads作为操作系统的线程。Windows操作系统也有其移植版pthreads-win32。

#### POSIX线程的有关API

Pthreads线程的头文件是`<pthread.h>`。

##### 创建用户线程

```c
int pthread_create(pthread_t * thread, const pthread_attr_t * attr, void *(*start_routine)(void *), void *arg);
```

##### 等待用户线程

```c
int pthread_join(pthread_t thread, void ** retval);
```

##### 退出用户线程

```c
void pthread_exit(void *retval);
```

##### 返回当前用户线程的线程标识符

```c
pthread_t pthread_self(void);
```

##### 用户线程的取消

```c
int pthread_cancel(pthread_t thread);
```

### Win32线程

#### Win32线程简介

Win32线程是Windows API的一部分，上下文包括：寄存器、核心栈、线程环境块和用户栈。

#### Win32线程的有关API

Win32线程的头文件是`<Windows.h>`，仅适用于Windows操作系统。

##### 创建用户线程

```c
HANDLE WINAPI CreateThread(LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes, SIZE_T dwStackSize, LPTHREAD_START_ROUTINE lpStartAddress, LPVOID lpParameter, DWORD dwCreationFlags, LPDWORD lpThreadId);
```

##### 结束本线程

```c
VOID WINAPI ExitThread(DWORD dwExitCode);
```

##### 挂起指定的线程

```c
DWORD WINAPI SuspendThread( HANDLE hThread );
```

##### 恢复指定线程运行

```c
DWORD WINAPI ResumeThread(HANDLE hThread);
```

##### 等待线程运行完毕

```c
DWORD WINAPI WaitForSingleObject(HANDLE hHandle, DWORD dwMilliseconds);
```

##### 返回当前线程的线程标识符

```c
DWORD WINAPI GetCurrentThreadId(void);
```

##### 返回当前线程的线程句柄

```c
HANDLE WINAPI GetCurrentThread(void);
```

## 跨平台的线程

### C++11线程

#### C++11线程简介

2011年8月12日，国际标准化组织（ISO）发布了第三个C++标准，即ISO/IEC 14882:2011，简称ISO C++ 11标准。该标准第一次把线程的概念引入C++标准库。Windows平台运行的VS2012和Linux平台运行的g++4.7，都完美支持C++11线程。

#### C++11线程的有关函数

C++ 11线程的头文件是`<thread>`。

##### 创建线程

```cpp
std::thread::thread(Function&& f, Args&&... args);
```

##### 等待线程结束

```cpp
std::thread::join();
```

##### 脱离线程控制

```cpp
std::thread::detach();
```

##### 交换线程

```cpp
std::thread::swap(thread& other);
```

### C11线程

#### C11线程简介

2011年12月8日，国际标准化组织（ISO）发布了第三个C语言标准，即ISO 9899:2011，简称ISO C 11标准。该标准第一次把线程的概念引入C语言标准库。

C11线程仅仅是个“建议标准”，也就是说100%遵守C11标准的C编译器是可以不支持C11线程的。根据C11标准的规定，只要编译器预定义了 __STDC_NO_THREADS__(C11)，就可以没有`<threads.h>`头文件，自然也就也没有下列函数。

#### C11线程的有关函数

C11线程的头文件是`<threads.h>`。

##### 创建线程

```c
int thrd_create(thrd_t *thr, thrd_start_t func, void *arg);
```

##### 结束本线程

```c
_Noreturn void thrd_exit( int res );
```

##### 等待线程运行完毕

```c
int thrd_join(thrd_t thr, int *res);
```

##### 返回当前线程的线程标识符

```c
thrd_t thrd_current();
```

### Java线程

- 最简单的情况是，Thread/Runnable的`run()`方法运行完毕，自行终止。
- 对于更复杂的情况，比如有循环，则可以增加终止标记变量和任务终止的检查点。
- 最常见的情况，也是为了解决阻塞不能执行检查点的问题，用中断来结束线程，但中断只是请求，并不能完全保证线程被终止，需要执行线程协同处理。
- IO阻塞和等锁情况下需要通过特殊方式进行处理。
- 使用Future类的`cancel()`方法调用。
- 调用线程池执行器的`shutdown()`和`shutdownNow()`方法。
- 守护线程会在非守护线程都结束时自动终止。
- Thread有`stop()`方法，但已不推荐使用。