有哪些科技比赛:进程与线程

什么是进程？什么是线程？它们之间到底是什么关系？这是论坛上常被初学者问起的几个高频问题之一，多数程序员开始在Windows平台上编程时也会迷惑与这个问题。本文简单介绍了进程和线程的关系，同时对编程中常见的一些问题进行了解释。

操作系统对进程的定义是特定的代码序列在指定数据集合上的一次执行活动，可见这是一个动态概念，所以一些资料说进程就是可执行文件是不正确的。操作系统对进程的定义有些晦涩，通俗点讲，进程就是正在计算机上运行的可执行文件针对特定的输入数据的一个实例，同一个可执行程序文件如果操作不同的输入数据就是两个不同的进程，理解这一点是很重要的，当你看到系统中有多个相同名字的进程同时存在时就不会再感到困惑。象Windows这样的多任务分时操作系统对进程的调度是针对线程进行的，也就是说线程是进程调度的基本单位（当然，支持超线程的CPU问世后这个概念需要重新定义）。
那么进程和线程到底是什么关系呢？其实很简单，可以把进程理解为一个线程容器，线程不能独立存在，它必须隶属于某个进程，而进程也至少拥有一个线程，如果一个进程的所有线程都结束了那么进程也就结束了。在Windows平台上编程创建进程用CreateProcess，创建线程用CreateThread，不仅线程与进程之间存在父子继承关系，进程之间也存在继承关系，通过进程之间的继承关系，子进程可以共享父进程的对象句柄，并可以通过这些句柄完成进程间通信。


问题：使用多进程还是多线程的设计方式？

完成一个任务可以有多进程和多线程两种方式，到底哪种方式快呢？通常人们认为Windows系统是以进程为单位分配CPU时间片的，那么使用多个进程就可以多分得一些CPU时间，自然就会比使用单独进程多个线程的方式快一点了。事实上这种情况并不绝对正确，首先，创建进程比创建线程要多占用系统资源，系统资源不足往往会引起系统性能的下降，导致任务完成的比较慢。其次，由于多个进程要操作同一个数据集合，必然会因为数据争用导致进程状态改变，同多个线程状态改变相比，进程切换要使用更多的CPU时间。最后，使用单进程方式，由于进程少，每个进程又可以较多的获得CPU时间片，从而能够很大的改善进程的性能。由此可见，并不是使用多进程处理数据就一定比使用多个线程的单进程快。图（1）显示了使用两种方式的程序性能变化曲线，从图上可以看出，无论使用何种方式，进程和线程都不是越多越好，两种方式都存在一个临界点，超过这个临界点，都会因为频繁的进程或线程状态切换而造成程序性能下降。使用多进程方式在到达临界点之后再增加进程就会引起性能的下降，而且下降速度比单进程多线程方式到达临界点之后的下降速度快，这是因为进程切换比线程切换更费时。
进程与线程性能.gif

从图（1）中还可以看出，使用单进程多线程方式，合理的选择线程数量往往可以得到比多进程方式更好的性能。


问题：CreateThread，_beginthread，_beginthreadex的区别

首先要澄清一个问题，那就是CreateThread是Windows的API函数，而_beginthread和_beginthreadex则是CRT库函数，查看这两个CRT函数的代码可以得知其实它们内部是调用的CreateThread（这很显然嘛，CRT库也是要运行在Windows上）。这两个CRT函数与CreateThread有什么区别呢？区别在于这两个CRT函数针对其它CRT库函数，特别是那些涉及内存分配的CRT函数做了特殊的处理。直接在CreateThread API创建的线程中使用sprintf，malloc，strcat等涉及CRT存储堆操作的CRT库函数是很危险的，容易造成线程的意外中止。 在使用_beginthread和_beginthreadex创建的线程中可以安全的使用CRT函数，但是必须在线程结束的时候相应的调用_endthread和_endthreadex。虽然都是内部调用CreateThread API创建线程，但是这两个函数还是有很大的区别。首先，_beginthreadex函数比_beginthread函数多了三个参数，使它看起来更像CreateThread而不是同胞兄弟_beginthread；其次，_beginthread要求线程函数是__cdecl调用约定，并且没有返回值，而_beginthreadex则要求线程函数是__stdcall调用约定并且返回线程的退出码；第三，与_beginthread成对调用的_endthread函数内部隐式的调用CloseHandle关闭了线程句柄，而与_beginthreadex成对使用的_endthreadex则没有关闭线程的句柄，需要显示的调用CloseHandle关闭线程句柄；最后，这两个函数在执行成功时返回线程的句柄，可以通过这个句柄调用其它线程相关的API，比如SetThreadPriority，ResumeThread等等。但是执行失败时返回值是不同的，_beginthread返回 -1 表示失败，而_beginthreadex返回 0 表示失败。


问题：ExitThread和TerminateThread的区别

ExitThread通常用在线程函数的最后，通知操作系统线程结束了，并通过函数参数将线程结束代码提交给系统，而TerminateThread则是强行中止一个运行中的线程，它更多的时候是在线程外被调用。TerminateThread是一个很“粗鲁”的函数，它并不负责处理线程结束的“后事”，比如堆栈的还原和资源的释放等等，很容易造成异常。通常，线程函数执行完线程就结束了，只有在极端的情况下才使用TerminateThread中止一个线程。