03 线程进程安全.ppt

第三章 线程/进程安全 进程和线程是两个范围不同的概念。进程是程序在计算机上的一次执行活动。运行一个程序，相当于启动了一个进程。进程是操作系统进行资源分配的单位，通俗地讲，是一个正在执行的程序。 线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位，它可与同属一个进程的其它线程共享进程所拥有的全部资源。一个线程可以创建和撤消另一个线程，同一进程中的多个线程之间可以并发执行。比如，一个在线播放软件，在播放歌曲的同时还可以进行下载，就可认为这两件工作由不同的线程完成。 线程和进程的开发和相关操作，在程序设计中具有重要地位,线程和进程的安全和系统的安全息息相关。对于不够熟练的程序员来说，很容易出现安全隐患，而这些安全问题又具有不间断发生，难于调试等特点。 一般说来，线程的安全性主要来源于其运行的并发性和对资源的共享性；进程的安全性主要在应用级别，在于其对系统的威胁性，不过对于系统软件的开发者，进程安全的考虑需要更加深入。 本章主要针对线程和进程开发过程中的安全问题进行讲述，首先基于面向对象语言，讲解线程的的基本机制，然后讲解线程操作过程中的几个重要的安全问题：线程同步安全、线程协作安全、线程死锁、线程控制，最后讲解进程安全。 3.1 线程机制 3.1.1 为什么需要线程 由于Java在线程操作方面具有较好的面向对象特性，也具有一定的代表性本章基于Java语言进行讲解。实际上，多线程最直观的说法是：让应用程序看起来好像同时能做好几件事情。为了表达这个问题，我们用一个案例来说明。比如，需要在控制台上每隔1秒钟打印一个欢迎信息。代码如下所示： 该程序似乎没有什么问题，运行时，Welcome也能不断打印。但是，我们发现，打印函数中的while循环是个死循环，也就是说，这个死循环不运行完毕，程序将不能作其他事情。比如，程序中的代码行1永远也无法运行。这就给程序的功能形成了巨大的阻碍。 在实际应用开发的过程中，经常会出现一个程序看起来同时作好几件事情的情况，如?? 程序进行一个用时较长的计算，希望该计算进行的时候，程序还可以做其他事情； 程序进行一个用时较长的计算，希望该计算进行的时候，程序还可以做其他事情； 软件要能够接受多个客户的请求，而让客户感觉不出等待； 媒体播放器在播放歌曲的同时也能下载电影； 财务软件在后台进行财务汇总的同时还能接受终端的请求；等等。 在这些情况下，多线程就能够起到巨大的作用。 线程和进程的关系很紧密，进程和线程是两个不同的概念，但是进程的范围大于线程。通俗地说，进程就是一个程序，线程是这个程序能够同时做的各件事情。比如，媒体播放机运行时就是一个进程，而媒体播放机同时做的下载文件和播放歌曲，就是两个线程。 以上代码如果用线程来进行开发，在Java语言里面，就可以用如P03_02.java的方式(其他语言类似) 。 运行，就会发现，此时“打印欢迎信息”和“其他工作”就“同时”做了。 3.1.2 线程机制和生命周期 每个程序至少自动拥有一个线程，称为主线程。当程序加载到内存时，启动主线程。从上节的程序可以看出，代码行： 实际上相当于实例化一个新的线程对象，并运行该线程中的run()函数。该线程的运行并不影响主线程向下执行，这是为什么呢？ 这是由于多线程的机制实际上相当于CPU交替分配给不同的代码段来运行：也就是说，某一个时间片，某线程运行，下一个时间片，另一个线程运行，各个线程都有抢占CPU的权利，至于决定哪个线程抢占，是操作系统需要考虑的事情。由于时间片的轮转非常快，用户感觉不出各个线程抢占CPU的过程，看起来好像计算机在“同时”做好几件事情。 一个线程有从创建、运行到消亡的过程，称为线程的生命周期。用线程的状态（state）表明线程处在生命周期的哪个阶段。线程有创建、可运行、运行中、阻塞、死亡五种状态。通过线程的控制与调度可使线程在这几种状态间转化。这五种状态详细描述如下： 1：创建状态：使用new运算符创建一个线程后。该线程仅仅是一个空对象，系统没有分配资源。 2：可运行状态：使用start()方法启动一个线程后，系统分配了资源，使该线程处于可运行状态（Runnable）。 3：运行中状态：占有CPU，执行线程的run()方法。 4：阻塞状态：运行的线程因某种原因停止继续运行。 5：死亡状态：线程结束。 线程的安全隐患可能出现在各个状态。一般说来，线程的安全性来源于两个方面： 1：多个线程之间可能会共享进程的内存资源。 2：CPU的某个时间片分配给哪个线程使用，默认情况下无法由用户控制。 多线程的安全问题比较复杂，解决方法繁多，在这里我们阐述几个比较典型的安全问题。 3.2 线程同步安全 3.2.1 线程同步 默认情况下，线程都是独立的，而且异步执行，线程中包含了运行时所需要的数据