一、线程的优点

1. 创建的代价

创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小的多。

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创建线程只需要创建一个新的 PCB，然后将曾经进程的资源指派给线程即可；而进程创建的时空成本是较高的，有各种数据结构的创建，数据的加载。

2. 切换的代价

与进程之间的切换相比，线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多。

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缓存和进程/线程切换

• 在 CPU内，每次读取当前进程的代码和数据时，都需要经过虚拟到物理的转换，然后得到内存中的数据放到 CPU 中做处理，如果这样，那 CPU 读取任何一条指令，都要访问内存，为了提高运行效率，CPU 中存在一种硬件 cache（高速缓冲存储器），在 CPU 进行虚拟到物理的寻址时，本来是找到一行代码，较大概率会执行下一行（当然也可能会跳转到别处），所以会将周边数据全读到 CPU 内部缓存起来，所以，之后 CPU 再访问代码数据时，不用再去读取内存了，而是从 cache 中再读取，大大提高 CPU 寻址的效率。
  
• 进程切换和线程切换：

  • 进程切换：
    
    之前缓存的数据，就全都没有了，会重新加载新进程的数据

  • 线程切换：
    
    cache 中的数据在概率上依旧能用，不用重新清空和重新加载。

所以这才是线程成本低的主要原因。

3. 占用的资源

线程占用的资源要比进程少很多。

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进程要占用多执行流，地址空间，页表，代码数据；而线程占用的都是一份的。

4. 效率

• 计算密集型应用：
  排序、查找、加密、解密、压缩等动作都以计算为主，是计算密集型应用，主要应用的 CPU 的资源。
• I/O 密集型应用：
  下载、上传、拷贝等就是 I/O 密集型应用。

应用要不就是计算密集型，要不就是 I/O 密集型，要不就是两者都是。

• 对于计算密集型应用：
  • 为了能在多处理器系统上运行，将计算分解到多个线程中实现。一个线程处理一部分，效率会高。
  • 当然也不是创建的线程越多越好，因为会有切换的成本，切换太多，说不定效率还不如一个进程从头算到尾。
  • 所以，对于计算密集型，一般是 CPU 有多少个核就创建几个。
    可以通过 lscpu 查看一下核数：
• 对于I/O 密集型应用：
  • 可以多创建进程，因为 I/O 过程大部分都在等，一个进程等 10G的数据，和 10 个线程每个等 1G 的数据，效率不一样。

二、线程的缺点

1. 性能损失

多线程切换有成本，像上面的计算密集型应用，线程过多可能会有较大的性能损失（增加了额外的同步和调度开销，而可用资源不变）。

2. 健壮性降低

一个线程出问题，整个进程就挂掉了（这一点，线程 - 线程退出 中有讲到）。
在一个多线程程序里，因共享了不该共享的变量而造成不良影响的可能性很大。

3. 缺乏访问控制

线程间共享资源，对于共享资源，大家都可以任意时间访问，可能会有同时访问同一量的情况，可能会出错。

4. 编程难度高

编写与调试一个多线程程序比单线程程序要困难很多，往往需要全面深入的考虑以保证程序的健壮性。

三、线程分离

1. 线程分离

线程默认是 joinable(可联接) 的，如果主线程不关心新线程的执行信息，可以将新线程设置为分离状态。
当线程处于分离状态后，退出时会自动释放线程资源。

• 分离和等待：
  线程被分离后，就不能被 pthread_join() 了，调用这个函数，函数就会返回一个错误码。
• 分离状态：
  ‘分离’仅仅是一种状态，一种不用主线程等的状态，而不是真正分离了。在这种状态下，线程出异常了，进程会受影响退出；主线程执行完了，进程退出，线程也会退出。

不管是分离还是等待，我们都希望主线程是最后退出的，所以分离的一个场景，就是主进程根本就不退出。
大部分程序都是一直在运行的，称为常驻进程。

2. pthread_detach ()

① 函数细节

• thread 参数：要分离的线程的ID。
• 返回值：成功返回 0 ，失败返回错误码

② 函数使用

• 主线程分离新线程：

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <unistd.h>

using std::cout;
using std::endl;

void *thfunc(void *arg)
{
   
    while (1)
    {
   
        sleep(1);
        cout << "new" << endl;
    }
    return nullptr;
}
int main()
{
   

    pthread_t rid;
    pthread_create(&rid, nullptr, thfunc, nullptr);

    pthread_detach(rid);

    sleep(3);
    cout << "man" << endl;

    return 0;
}

运行结果：

• 新线程自己分离自己：

void *thfunc(void *arg)
{
   
    pthread_detach(pthread_self());
    while (1)
    {
   
        sleep(1);
        cout << "new" << endl;
    }
    return nullptr;
}
int main()
{
   
    pthread_t rid;
    pthread_create(&rid, nullptr, thfunc, nullptr);

    sleep(3);
    cout << "man" << endl;

    return 0;
}

运行结果：

• 在线程分离后，再通过 pthread_join() 等待线程会等待失败，函数会返回一个错误码：
  

四、线程自有和共享的数据

进程是资源分配的基本单位，线程是调度的基本单位。进程强调独立，线程强调共享。所以我们来看一下线程自有的和共享的部分。

1. 线程自有的数据

• 线程 ID： 是用户级别的，内核级的不使用线程 ID，使用的是线程的 LWD。
• 硬件上下文： 每个线程都是被单独调度的执行流，所以要有自己的上下文数据，存放在一组寄存器中。
• 独立栈结构： 线程本质是在执行自己的函数，每个函数内都可以定义各种临时变量，临时变量都是存放在栈上的。每个线程都有独立的用户栈，不敢让它们一起用一块栈空间。

除了上面几个较为重要的，还有 errno、信号屏蔽字、调度优先级等。

2. 线程共享的资源

• 地址空间
• 文件描述符表：因为文件描述符表表示的是进程和打开文件的关系，而不是线程。
• 每种信号共享的处理方式：这就是为什么一个线程出异常，整个进程就崩掉了。
• 当前工作目录：进程在哪里，线程就在哪里。
• 用户 id 和组 id。

五、多个线程使用公共空间

1. 不要把公共空间传给多个线程

我们来看下面这段代码：
我们想一次性创建 6 个线程，然后每一个线程都在自己的线程函数中打印一下自己的线程名字（从 1 到 6 号）。

#include <pthread.h>
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <unistd.h>

using std::cout;
using std::endl;

const int threadsnum =