基本概念

进程是对运行时程序的封装，是系统进行资源调度和分配的的基本单位，实现了操作系统的并发；
线程是进程的子任务，是CPU调度和分派的基本单位，用于保证程序的实时性，实现进程内部的并发；线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。每个线程都独自占用一个虚拟处理器：独自的寄存器组，指令计数器和处理器状态。每个线程完成不同的任务，但是共享同一地址空间（也就是同样的动态内存，映射文件，目标代码等等），打开的文件队列和其他内核资源。

区别

一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程依赖于进程而存在。
进程是资源分配的最小单位，线程是CPU调度的最小单位；
进程间通信主要包括管道、系统IPC（包括消息队列、信号量、信号、共享内存等）、以及套接字socket。由于同一进程中的多个线程具有相同的地址空间，致使它们之间的同步和通信的实现，也变得比较容易

死锁发生的条件

死锁是指两个或两个以上进程在执行过程中，因争夺资源而造成的相互等待的现象。死锁发生的四个必要条件如下：
互斥条件：进程对所分配到的资源不允许其他进程访问，若其他进程访问该资源，只能等待，直至占有该资源的进程使用完成后释放该资源；
请求和保持条件：进程获得一定的资源后，又对其他资源发出请求，但是该资源可能被其他进程占有，此时请求阻塞，但该进程不会释放自己已经占有的资源
不可剥夺条件：进程已获得的资源，在未完成使用之前，不可被剥夺，只能在使用后自己释放
环路等待条件：进程发生死锁后，必然存在一个进程-资源之间的环形链
解决死锁的方法即破坏上述四个条件之一，主要方法如下：
资源一次性分配，从而剥夺请求和保持条件
可剥夺资源：即当进程新的资源未得到满足时，释放已占有的资源，从而破坏不可剥夺的条件
资源有序分配法：系统给每类资源赋予一个序号，每个进程按编号递增的请求资源，释放则相反，从而破坏环路等待的条件

线程

类std::thread代表一个可执行线程，使用时必须包含头文件。std::thread可以和普通函数，匿名函数和仿函数（一个实现了operator()函数的类）一同使用。另外，它允许向线程函数传递任意数量的参数。

  1. #include <thread>
  2. void func(int i, double d, const std::string& s)
  3. {
  4.     std::cout << i << ", " << d << ", " << s << std::endl;
  5. }
  6. int main()
  7. {
  8.    std::thread t(func, 1, 12.50, "sample");
  9.    t.join();
  10.    return 0;
  11. }

上例中，t 是一个线程对象，函数func()运行于该线程中。对join()函数的调用将使调用线程（本例是指主线程）一直处于阻塞状态，直到正在执行的线程t执行结束。如果线程函数返回某个值，该值也将被忽略。不过，该函数可以接收任意数量的参数。尽管可以向线程函数传递任意数量的参数，但是所有的参数应当按值传递。如果需要将参数按引用传递，那要向下例所示那样，必须将参数用std::ref 或者std::cref进行封装。

ref为引用传递，cref为const类型的引用传递，可以参考https://blog.csdn.net/lmb1612977696/article/details/81543802

  1. void func(int& a)
  2. {
  3.    a++;
  4. }
  5. int main()
  6. {
  7.    int a = 42;
  8.    std::thread t(func, std::ref(a));
  9.    t.join();
  10.    std::cout << a << std::endl;
  11.    return 0;
  12. }


  • swap:交换两个线程对象的底层句柄。
  • Detach: 允许执行该方法的线程脱离其线程对象而继续独立执行。脱离后的线程不再是可结合线程（你不能等待它们执行结束）。
  • get_id: 返回当前线程的id.
  • yield:在处于等待状态时，可以让调度器先运行其他可用的线程。
  • sleep_for:阻塞当前线程，时间不少于其参数指定的时间。
  • sleep_util:在参数指定的时间到达之前，使当前线程一直处于阻塞状态。

锁

互斥量是一个核心同步原语，C++ 11的头文件里包含了四种不同的互斥量。

  • Mutex: 提供了核心函数 lock() 和 unlock()，以及非阻塞方法的try_lock()方法，一旦互斥量不可用，该方法会立即返回。
  • Recursive_mutex:允许在同一个线程中对一个互斥量的多次请求。
  • Timed_mutex:同上面的mutex类似，但它还有另外两个方法 try_lock_for() 和 try_lock_until()，分别用于在某个时间段里或者某个时刻到达之间获取该互斥量。
  • Recursive_timed_mutex: 结合了timed_mutex 和recuseive_mutex的使用。

条件变量

在C++11中，我们可以使用条件变量（condition_variable）实现多个线程间的同步操作；当条件不满足时，相关线程被一直阻塞，直到某种条件出现，这些线程才会被唤醒。

C/C 线程与进程相关 - 图1
条件变量是利用线程间共享的全局变量进行同步的一种机制，主要包括两个动作：
一个线程因等待”条件变量的条件成立”而挂起；
另外一个线程使”条件成立”，给出信号，从而唤醒被等待的线程。
在条件变量中只能使用std::unique_lockstd::mutex说明
uniquelock和lock_guard都是管理锁的辅助类工具，都是RAII风格；它们是在定义时获得锁，在析构时释放锁。它们的主要区别在于unique_lock锁机制更加灵活，可以再需要的时候进行lock或者unlock调用，不非得是析构或者构造时。
std::condition_variable 提供了两种 wait() 函数。当前线程调用 wait() 后将被阻塞(此时当前线程应该获得了锁（mutex），不妨设获得锁 lck)，直到另外某个线程调用 notify 唤醒了当前线程。
在线程被阻塞时，该函数会自动调用 lck.unlock() 释放锁，使得其他被阻塞在锁竞争上的线程得以继续执行。另外，一旦当前线程获得通知(notified，通常是另外某个线程调用 notify_ 唤醒了当前线程)，wait() 函数也是自动调用 lck.lock()，使得 lck 的状态和 wait 函数被调用时相同。

线程池 thread pool

一种线程的使用模式，线程过多会带来调度开销，进而影响缓存局部性和整体性能。而线程池维护着多个线程，等待着监督管理者分配可并发执行的任务。这避免了在处理短时间任务时创建与销毁线程的代价。线程池不仅能够保证内核的充分利用，还能防止过分调度。可用线程数量应该取决于可用的并发处理器、处理器内核、内存、网络sockets等的数量。

可以参考https://www.cnblogs.com/ailumiyana/p/10016965.html

线程池的组成

1、线程池管理器

创建一定数量的线程，启动线程，调配任务，管理着线程池。
本篇线程池目前只需要启动(start())，停止方法(stop())，及任务添加方法(addTask).
start()创建一定数量的线程池,进行线程循环.
stop()停止所有线程循环，回收所有资源.
addTask()添加任务.

2、工作线程

线程池中线程，在线程池中等待并执行分配的任务.
本篇选用条件变量实现等待与通知机制.

3、任务接口

添加任务的接口,以供工作线程调度任务的执行。

4、任务队列

用于存放没有处理的任务。提供一种缓冲机制
同时任务队列具有调度功能，高优先级的任务放在任务队列前面。本篇选用priority_queue 与pair的结合用作任务优先队列的结构.

实现细节

  1. 通过一个全局变量is_start作为条件变量标识线程池开关状态。
  2. 启动时初始化数个线程添加到线程队列中，并将每个线程绑定线程循环函数，函数循环调用take()函数获取task并执行。
  3. take()函数在任务队列为空时wait全局锁，在任务队列不为空且获取到全局锁时，将队首任务弹出返回。
  4. 关闭时获取全局锁后修改全局变量is_start，使用join遍历线程队列，等待子线程结束后清除全部线程。